平板霉素潜在耐药机制研究及基于靶点FabF的药物设计

Inhibiting bacterial fatty acid synthesis is a new way to develop antibacterial drug and to fight mult-drug resistance. β-ketoacyl-acyl carrier protein(ACP) synthases II, or FabF, is an attractive target as it catalyzes unique condensation reaction for chain elongation. Platensimycin(PTM) is a novel natural antibiotics and selectively inhibits FabF. It shows potent, broad-spectrum Gram-positive activity and exhibits no cross-resistance to other key antibiotic-resistant bacteria. Understanding its potential drug-resistance mechanism is imperative for developing novel FabF inhibitors. Here we attempt to resolve the crystal structure of two major self-resistance conferring elements, PtmP3 and FabF(MA7327), and uncover the molecular determinants of potential drug-resistance. Beside that, the fragment-based lead discovery(FBLD) will be mainly used to design and discover novel, highly selective, and potent FabF inhibitors.

抑制细菌的脂肪酸合成是开发新型抗菌药物、应对多药耐药问题的新途径。β-酮脂酰-ACP合成酶Ⅱ（FabF）是脂肪酸生物合成途径中催化脂肪链延伸的关键酶，也是重要的药物靶点。平板霉素（Platensimycin）是一个具有全新结构和强抗革兰氏阳性菌活性的FabF选择性抑制剂，并且对现有的耐药细菌不存在交叉耐药。研究平板霉素的潜在耐药性和耐药机制对指导新型FabF选择性抑制剂的开发具有重要的意义。本项目拟解析与平板霉素耐药相关的2个关键蛋白PtmP3和FabF（MA7327）的晶体结构，阐明耐药的分子机制，同时采用基于片段的先导化合物发现方法，设计与发现结构新颖、高效、高选择性的FabF抑制剂。

β-酮脂酰-ACP合成酶Ⅱ（FabF）是重要的抗生素作用靶点，由普拉特链霉菌产生的平板霉素是一个具有全新结构和抗革兰氏阳性菌活性强的FabF抑制剂，并且对现有的耐药细菌不存在交叉耐药。研究平板霉素的潜在耐药性及其分子机制对设计和发现新型FabF抑制剂具有重要的指导意义。本项目针对普拉特链霉菌中对平板霉素产生抗性的2个关键蛋白质spFabF和PtmP3，进行了蛋白质表达、纯化和结晶工作，通过嵌合体设计策略解析了嵌合体蛋白js200FabF（与spFabF序列等同性为91.2%）的三维结构，基于该结构与大肠杆菌FabF（ecFabF)结合平板霉素的复合物晶体结构的比较分析，发现js200FabF配体结合口袋附近三段loop的构象与ecFabF中完全不同，采用了占据配体结合口袋的构象，从而阻止平板霉素的结合。此外，我们尝试了js200FabF和化合物Acetyl CoA sodium salt、Lauroyl CoA lithium salt、平板霉素以及浅蓝菌素的浸泡，但是通过结构解析发现没有化合物进入js200FabF的结合口袋。另外，我们采用了融合标签、嵌合体以及23个氨基酸点突变等多种方法，最终表达纯化获得了PtmP3（V40D）突变体的二聚体蛋白用于大量结晶条件的筛选，但未能获得晶体，进一步的序列优化还在进行中。我们采用片段筛选方法获得了与js200FabF弱结合的片段分子，目前正在采用其他策略寻找更优的小分子抑制剂。综上，现有研究结果为阐明spFabF和PtmP3对平板霉素产生抗性的分子机制奠定了重要基础，为后续设计与发现结构新颖的FabF抑制剂提供结构基础和活性分子。本项目已发表了1篇SCI论文，培养了两名研究生。