小分子诱导囊性纤维化CFTR无义突变的读通

联合资深作者David Bedwell博士和Steven Rowe医学博士说，这种药物是一种具有新颖作用机制的小分子。贝德威尔是阿拉巴马大学伯明翰分校生物化学和分子遗传学系的教授和主席，罗是阿拉巴马大学医学系的教授。

要了解无意义的突变是如何导致疾病的，以及实验性药物是如何抑制突变的，就需要仔细研究细胞内制造蛋白质的生物机制。

蛋白质是由数百个氨基酸组成的链，然后折叠成适当的形状并移动到适当的位置来执行其功能。这条链是由核糖体组成的，核糖体读取信使RNA携带的蛋白质序列。该序列指示20种不同氨基酸中的哪一种要一个接一个地添加到每个链接上。

在囊性纤维化疾病中，突变影响了CFTR蛋白，CFTR蛋白在肺细胞表面起着调节水流向粘液的作用。CFTR故障或缺失会产生非常粘稠的粘液，导致肺部感染。改变信使RNA上的一个核苷酸碱基的基因突变可能会导致蛋白质链中放置不正确的氨基酸，从而改变其功能。Bedwell和Rowe研究的无意义的过早终止密码子引起了一个不同的问题——突变迫使核糖体在中途停止蛋白质合成，产生不完整的蛋白质。它还会引起无意义介导的mRNA衰变。

因此，Bedwell、Rowe和同事们希望找到小分子化合物，使核糖体跳过无意义的过早停止突变，允许核糖体继续完全合成蛋白质。他们希望找到一种比现有的读通剂(如疗效较差的氨基糖苷类抗生素)具有新的机制和更好的功能的读通剂。

研究人员使用了携带来自深海虾的改良基因的大鼠细胞来测试数十万种化合物。该基因编码NanoLuc荧光素酶，但在基因中间放置了一个提前终止密码子。一种小分子可以使核糖体读取提早停止的信号，从而产生完整的荧光素酶，使细胞发出明亮的光。

该报告基因使南方研究公司的一个团队使用高通量筛选测试了771345种化合物。在180种具有通读活性的化合物中，小分子SRI-37240的活性最高。

研究人员发现，ris -37240恢复了具有过早终止密码子突变的人类CFTR基因的功能，正如在大鼠细胞培养中测试的那样。显著增加CFTR蛋白的数量，轻微增加CFTR信使RNA的数量。已知一种名为G418的氨基糖苷可以帮助读取过早的密码子突变，研究人员发现SRI-37240和G418协同作用以恢复CFTR功能。

他们发现SRI-37240在信使RNA的终止密码子上诱导了长时间的暂停，并抑制了过早终止密码子上蛋白质合成的终止，而不会刺激信使RNA上蛋白质编码序列末端的正常终止密码子的读通。

药物化学家合成了SRI-37240的40个衍生物，其中一个，SRI-41315，更有效，表现出更好的物理化学特征。在具有NanoLuc报告基因的人类细胞系中，SRI-41315显示出比SRI-37240更高的读通效率，并且SRI-41315与G418具有协同作用。

核糖体复合体包括核糖体蛋白和其他起终止因子、翻译因子和无意义介导的mRNA衰变因子作用的蛋白质。研究人员观察了其中7种蛋白质的丰度，发现ri -41315通过蛋白酶体降解依赖途径显著降低了一种名为eRF1的终止因子。这种新的机制以前从未在药理学制剂中发现过。

为了预测囊性纤维化的临床疗效，研究人员测试了具有内源性CFTR过早终止密码子的原代人支气管上皮细胞。SRI-37240和SRI-41315均未单独增强CFTR功能，但SRI-41315与G418联合作用后，CFTR功能明显增强。

贝德维尔和罗说，这是进步，但障碍仍然存在。不幸的是，这两种化合物对上皮钠通道介导的离子电导有有害影响，这限制了它们目前作为囊性纤维化治疗的发展。已知的氨基糖苷类药物的通读作用也是有限的，因为这些抗生素不能恢复CFTR的治疗水平，而且它们也必须通过静脉注射，而且可能是有毒的。

Bedwell和Rowe说，越来越有可能需要多种具有不同作用机制的不同药物才能产生临床有效的反应。他们得出结论，“虽然需要进一步的药物化学来确定最大限度地影响CFTR功能而不产生不良脱靶效应的透读化合物，但这里给出的结果表明这条路径显然是可以实现的。”

这项研究的共同第一作者是UAB医学系的Jyoti Sharma和UAB生物化学和分子遗传学系的Ming Du，“通过eRF1损耗诱导CFTR无义突变的翻译读通的小分子”。

其他合著者有Eric Wong, Hermann Bihler, Feng Liang, Jerome Mahiou, Josef Saltz和Martin Mense，囊性纤维化基金会治疗，波士顿，马萨诸塞州;UAB医学部Venkateshwar Mutyam，李瑶，陈建国，彭宁，唐丽萍;Kari Thrasher, Kaimao Liu, Kim M. Keeling, UAB生物化学和分子遗传系;付连武UAB细胞发育与整合生物学系;杰米·旺根和瑞秋·格林，约翰·霍普金斯大学医学院，马里兰州巴尔的摩;Bini Mathew, Robert J. Bostwick, Corinne E. augli - szafran和Mark J. Suto, Southern Research, Birmingham, Alabama;Andras Rab, Jeong Hong和Eric J. Sorscher，埃默里大学，亚特兰大，佐治亚州;以及阿拉巴马州亨茨维尔阿拉巴马大学的Eric M. Mendenhall和Candice J. Coppola。

资助来自囊性纤维化基金会和美国国立卫生研究院拨款P30DK072482。

在UAB，贝德威尔拥有詹姆斯C.和伊丽莎白T.李生物化学主席。Rowe是Nancy R.和Eugene C. Gwaltney家族医学研究捐赠主席，他是Gregory Fleming James囊性纤维化研究中心的主任。