运用特异性多肽探针研究跨膜蛋白－蛋白相互作用

Due to the lack of specific molecular probes for protein transmembrane domains (TMDs), the chemical biology studies of their protein-protein interactions have been lagging behind. EBV (Epstein-Barr virus) infection is associated with many human malignancies. LMP-1 (latent membrane protein 1) is a viral transforming protein expressed in most EBV-dependent tumors. It has been speculated that the oligomerization of LMP-1’s multi-spanning TMDs triggers its oncogenic cell signaling. Using an interdisciplinary approach, we aim to develop antagonistic peptides specific for each of LMP-1's TMD helices as probes to study LMP-1’s signaling mechanisms. We will utilize our expertise in protein design, peptide chemistry, membrane biophysics, and assay development, together with proteomic analysis, membrane protein NMR to develop a generally applicable method to study multi-spanning membrane protein-protein interaction. The results of the proposed studies are expected to lay the foundation for prevention and treatment of EBV-dependent tumors.

关于跨膜蛋白的化学生物学研究是一个崭新的领域，其中主要的瓶颈是缺少对跨膜域特异性的分子探针。Epstein-Barr病毒(EBV)是导致多种恶性肿瘤的重要原因之一，而六次跨膜潜伏膜蛋白-1(LMP-1)在EBV诱导的肿瘤发生机制中扮演重要角色。LMP-1的跨膜区的低聚化被认为是EBV所引发的肿瘤相关信号激活的主要分子机制。本项目中我们计划综合运用计算机设计和多肽库的筛选，期待发展出LMP-1的单个跨膜区的特异性拮抗多肽，来打断LMP-1的跨膜区的低聚化，作为研究LMP-1信号机制的探针。本课题拟利用我们在蛋白质设计、肽化学、蛋白质组学、膜蛋白NMR等分析方法方面的专长，发展出一种研究多跨膜蛋白-蛋白相互作用的普适性方法，并为理解与EBV相关肿瘤的预防和临床治疗打下基础。

跨膜蛋白中囊括了超过半数的药物分子靶标，在很多疾病治疗过程中起到非常重要的作用。迄今为止，开发针对膜蛋白受体、膜蛋白-蛋白相互作用的高效、高度特异性的多肽或小分子探针仍然是蛋白质研究的热点。本项目致力于开发特异性探针来研究跨膜蛋白-蛋白间的相互作用，基于生物膜曲度和磷脂组分的差异开发出识别生物膜表面PS的多肽探针MARCKS-ED，在此基础上针对Toll样受体跨膜蛋白，开发了Toll样受体4的YH系列环肽探针，和针对Toll样受体5/Flagellin相互作用界面的小分子探针。课题组将所开发探针应用于天然免疫机制研究，开发的TLR4的特异性协同激活剂，用于TLRs 信号通路失调引起的自身免疫性疾病、神经退行性疾病和肿瘤等疾病的研究；多肽探针MARCKS-ED，作为高曲率膜以及磷脂酰丝氨酸（PS）探针的模型，用于外泌体标记及天然免疫信号传导的研究，开发首个Toll样受体5特异性小分子抑制剂，作为研究TLR5的探针和候选药物。所开发探针具有高度的特异性和高效性，为靶向跨膜蛋白-蛋白相互作用提供了良好范例与基础，提出了有效的开发策略。