II型糖尿病候选新药FGF21蛋白质的溶液结构与动力学柔性研究

成纤维细胞生长因子21（FGF21）作为一种细胞调节因子，代谢调节功能与胰岛素类似，并在很多方面优于胰岛素。因此，FGF21蛋白质有望替代胰岛素成为治疗II型糖尿病的新一代蛋白质药物。目前，对FGF21调控II型糖尿病代谢的分子机理仍然不清楚，尤其是目前尚无该蛋白质的三维空间结构和动力学柔性报道，极大地阻碍了对其分子机理的深入研究。FGF21与其它FGFs家族成员有最高31%的序列同源性，但却不具备典型FGFs促进细胞分化和增殖的功能，同源结构不能解释FGF21特殊的生物学功能。我们的前期实验结果发现野生型FGF21蛋白质是由β折叠片和部分天然无结构片段组成的三级结构柔性较大的蛋白质。在此基础上，本项目拟应用高分辨率液体核磁共振技术，辅以生化和生物物理技术，对人源FGF21的溶液结构和主链动力学柔性进行研究。初步阐明FGF21行使功能的结构和动力学基础。

成纤维细胞生长因子21（FGF21）是一种新发现的代谢调节因子，具有优良的降血糖的能力，有望成为新一代的抗糖尿病和肥胖的药物。虽然对FGF21的功能和作用机制有许多报道，它的三维空间结构和动力学柔性仍然不清楚，极大地阻碍了对其分子机理的深入研究。鉴于FGF21的重要性和特殊性，本项目成功表达和纯化了重组FGF21蛋白质。在得到具有生物活性的野生型FGF21蛋白质之后，我们利用高分辨率液体核磁共振技术，辅以生化和生物物理技术，对人源FGF21;的溶液结构和主链动力学柔性进行了研究，来得到FGF21结构与功能之间的关系。我们解析了人源FGF21核心区域-FGF21core的溶液结构。通过不同截短的结构域的1H-15N-HSQC光谱的比较，我们研究了了FGF21core以外的区域对核心结构的影响。其中N端（1-13）片段对核心区域有很微弱的相互作用，它覆盖在核心区beta桶的孔上；C端残基142-151和核心区有相对较强才相互作用，它沿着beta片b1,b4和b5的表面分布。而C端最后所剩尾部的三十个残基（152-181）几乎与核心区没有相互作用。在研究的过程中，我们发现FGF21在b2-b3的区域有两种截然不同的构象，一种是典型的beta折叠构象，另一种是无规则卷曲。这第二种构象可能是FGF21稳定乃至降解的原因。为了提高FGF21的稳定性，我们我们根据同源蛋白FGF19，在FGF21的b2，b3之间 添加了一个二硫键来稳定它们的构象。这个突变FGF21-A31C/G43C成功稳定了b2-b3的beta折叠构象，在核磁光谱上能看到第二套峰的消失。当前结果已经基本完成了项目的预期计划。我们正在用细胞和动物实验对突变蛋白进行生物活性的检测，有望改造出更为优秀的治疗糖尿病的新药物。目前已发表一篇SCI，一篇核心，完成情况良好。