结核杆菌FtsZ抑制剂的筛选及其分子机制研究

The treatment of tuberculosis is becoming worse due to the emergence of drug-resistant mycobacterium tuberculosis. Therefore, anti-tuberculosis drugs with new molecular targets are necessary. Mycobacterium tuberculosis cytoskeleton protein FtsZ has GTPase activity and plays an important role in mitosis. Besides, there are significant differences of FtsZ between prokaryotes and eukaryotes, making it an ideal new target for anti-tuberculosis antibiotics. In this research, we will express Mycobacterium tuberculosis FtsZ protein in E.coli, and purify it using affinity chromatograph. Then, we will develop a high-throughput screening system based on FtsZ, and screen compound liabrary in order to find some compounds selectively inhibiting GTPase of FtsZ. Furthermore, we will find the mechanism of inhibitors of FtsZ on cell growth and morphology by cell biology, structural biology, and molecular docking method. We are looking forward to find some FtsZ-targeted anti-tuberculosis lead compounds that have low toxicity and strong selectivity.

结核菌耐药是结核病治疗面临的主要问题，寻找新的抗结核药物迫在眉睫。结核分枝杆菌FtsZ是菌体结构蛋白，具有GTP酶活性，在有丝分裂的过程中起着关键作用，且原核细胞与真核细胞中该蛋白差异显著，有可能成为抗结核药物的新靶点。本课题拟以结核分枝杆菌FtsZ为靶点，通过原核表达纯化FtsZ蛋白，建立FtsZ GTP酶活性抑制剂的高通量筛选模型，通过筛选化合物库，找到潜在的能够特异性抑制FtsZ的GTP酶活性的抑制剂。以此为基础通过FtsZ的生物功能，进一步研究FtsZ抑制剂抑制FtsZ多聚体的形成以及抑制分枝杆菌菌体分裂的作用机制，并且通过分子对接研究FtsZ抑制剂的作用方式，以期发现以结核分枝杆菌FtsZ为靶点、低毒、选择性强、抗耐药结核的新型抗结核药物候选物。

结核病为严重危害人类健康的重大疾病，发现更多新型抗结核药物及作用靶标是结核病治疗的关键所在。结核分枝杆菌菌体分裂蛋白FtsZ在结核杆菌有丝分裂过程中发挥着重要的作用，具有GTP酶活性，能够促进结核杆菌分裂隔膜的形成，且在原核细胞和真核细胞中该蛋白差异显著。在为期三年的课题研究中，按照原计划完成了工作任务。我们已经克隆表达和纯化了活性结核杆菌FtsZ蛋白，建立FtsZ的GTP酶活性抑制剂高通量筛选模型，筛选化合物库120000样次，共得到7个有活性的化合物，进一步研究活性化合物对结核FtsZ蛋白GTP酶活性的抑制率、对FtsZ蛋白聚合作用的影响、与FtsZ活性中心的对接、对结核标准菌株和耐药菌株的活性测定、以及抗菌谱测定。通过上述研究，我们极大的完善了原计划中的工作内容，使得结核杆菌FtsZ作为药物筛选靶点的工作更为完整。筛选得到的阳性化合物297F具有较好的抗结核活性，相关结果已经发表在国际抗生素杂志The Journal of Antibiotics（2014）上，并且被选登在纪念利福平的发现者Sensi教授终身成就的特刊上。通过进一步扩大筛选，得到多个阳性化合物，相关结果也已发表在国内核心期刊《中国抗生素杂志》、《中国新药杂志》和《中国医药生物技术》上。另外一个活性更好的化合物146E，我们也已完成深入的机制研究，文章投稿Antimicrob Agents Chemother杂志。本研究中结核杆菌FtsZ作为抗结核药物筛选靶点的确认不仅为抗结核药物的深入开发提供理论支持，同时也为从靶点源头开发新型抗结核药物提供了技术支撑。