贾第虫亮氨酰-tRNA合成酶晶体结构研究和抑制剂筛选

氨基酰-tRNA合成酶(AaRS)催化tRNA的氨基酰化反应是蛋白质生物合成的关键步骤之一。AaRS对其对应底物的精确识别对细胞生命活动非常重要， AaRS的合成和编校活性中心都可以作为设计新型药物的靶点。AN2690是科学家研究出来的一种对亮氨酰-tRNA合成酶(LeuRS)的抑制具有广谱性的含硼化合物。申请人所在研究组研究发现，对于人、细菌和真菌的LeuRS有广谱抑制作用的 AN2690却唯独不能抑制贾第虫LeuRS（GlLeuRS）。鉴于贾第虫的致病性，我们拟通过X射线晶体衍射的方法对GlLeuRS进行三级结构解析，通过比较与其他物种来源的LeuRS的精细结构来阐明GlLeuRS结构信息以及GlLeuRS拮抗AN2690的分子机理，同时为抗贾第虫药物的设计提供结构基础；另一方面，尝试筛选特异性针对GlLeuRS的抑制剂。

亮氨酰tRNA合成酶(LeuRS) 是新型抗生素药物的理想靶点，在细胞翻译过程中发挥重要作用.本项目系统研究了贾第虫LeuRS（GlLeuRS）尤其是其编校结构域的酶学性质，解析了其编校结构域的高分辨率晶体结构，阐明了其对LeuRS的广谱抑制剂AN2690拮抗的精细结构机理。研究显示GlLeuRS中59个氨基酸的插入元件对游离CP1的活力致关重要，可以赋予没有编校活力的别的物种的游离CP1以编校活力；晶体结构研究显示GlLeuRS编校活性中心口袋明显小于人源以及细菌来源的LeuRS，同时具有物种差异性的真核插入结构模块（4Iae），这些编校活性中心的结构差异为设计和合成针对GlLeuRS的抑制剂提供了分子结构基础。在此基础上，我们也对贾第虫以及其它病原微生物LeuRS进行了抑制剂筛选工作，发现了一种小分子抑制剂ZCL039，可以较好地抑制肺炎球菌LeuRS的活力. 进一步的研究比较了ZCL039对大肠杆菌、人胞质和人线粒体等不同物种来源LeuRS的活性，结果表明ZCL039具有较好的原核物种选择性。抑菌实验结果显示，ZCL039能显著抑制肺炎球菌的生长，其活力为氨苄青霉素的1/80。借助生物化学、酶抑制动力学和X-衍射结构生物学等手段，进一步地揭示了ZCL039的反竞争性作用抑制机制。研究揭示了苯并硼环类化合物在肺炎球菌感染性疾病治疗中的潜在应用价值，为以ZCL039为先导化合物的抗肺炎球菌药物设计和优化提供了结构基础。在国际著名刊物Biochemical Journal和Sceientific Reports上发表研究论文2篇。国际会议论文1篇，国内会议论文3篇。协助研究组长培养博士研究生2名，均已获学位。