ALPHA前沿案例 | 玩转泛素化筛选

在本期的前沿案例中，研究人员关注重要的细胞周期和DNA修复调控蛋白PCNA(增殖细胞核抗原)，及其K164单泛素化修饰。该修饰过程是DNA损伤耐受通路激活的关键步骤，也是潜在的抗肿瘤靶点。利用强大、灵活，并可支持定量的ALPHA蛋白互作技术，研究针对PCNA单泛素化过程中的各个环节均建立了高通量筛选和分析体系。以此为基础，研究进一步开展小分子药物筛选，并成功获得一系列具有靶向活性的氧杂蒽酮化合物。这些药物不仅为研究PCNA单泛素化功能供了新的工具，也为该方向的抗肿瘤药物研发打下基础。

作为核心的PPI筛选和分析平台，ALPHA技术主要参与了该研究以下工作:

与常见的泛素化过程一致，PCNA 单泛素化也需要E1（Uba1，泛素活化酶），E2（Rad6，泛素携带蛋白）和E3（Rad18，泛素蛋白连接酶）发挥作用。利用一系列反应中出现的相互作用，研究基于APLHA技术构建了Uba1-ubiquitin相互作用；Rad6-ubiquitin相互作用；Rad18自泛素化和最终的PCNA泛素化检测和分析平台（见上图）。并在此基础上，研究进一步建立Rad6和Rad18以及Rad6和Ubr1互作分析方法，用于协助评价候选小分子。上述方法全面覆盖了泛素化过程中的各个反应，也展现ALPHA技术用于PPI分析的高度灵活性。

在之前PCNA单泛素化检测的基础上，研究继续从蛋白浓度、稀释倍数和Beads浓度等多个方面优化ALPHA体系，并开展高通量小分子药物筛选。研究发现一系列的氧杂蒽酮化合物，如NSC 9037能有效抑制PCNA的泛素化，而类似结构的荧光素和阴性化合物则不能。上述发现与经典的Western blot或 Gel-based法的检测结果有较好的一致性，也间接反应了ALPHA技术抗荧光干扰的优势（见上图）。

针对泛素化的主要环节，研究继续利用ALPHA技术分析一系列候选药物的特异性和可能的工作机制。通过对比Uba1-ubiquitin相互作用(上图左，该检测中NSC 9037为阴性化合物)；Rad6-ubiquitin相互作用(上图中)和Rad18自泛素化(上图右)检测的结果，研究证明NSC 9037能特异抑制Rad6和ubiquitin的相互作用，以及下游的Rad18自泛素化。

基于ALPHA平台，研究继续构建和优化Rad6和Rad18（上图左）/Ubr1（上图中）相互作用检测平台，证明NSC 9037能特异阻断Rad6和Rad18的相互作用，是首个报道的Rad6-Rad18互作抑制剂。最后，在肿瘤细胞模型上，NSC 9037和其他筛选获得的PCNA泛素化抑制剂，均表现出不同程度的细胞毒性(上图右)，为肿瘤药物研发提供了新的潜在方向。