生物物理研究所柯莎研究组揭示小分子化合物PES通过巯基共价修饰抑制Hsp70的功能

　　2021年 1月1日，《生物化学杂志》（JBC）发表了中科院生物物理研究所柯莎（Sarah Perrett）研究组的研究论文，题为"PES inhibits human inducible Hsp70 by covalent targeting of cysteine residues in the substrate binding domain"。该研究工作是柯莎研究组对Hsp70结构与功能的关系及Hsp70半胱氨酸巯基反应活性长期研究获得的重要成果。研究发现人源应激型Hsp70（hHsp70）的C末端底物结合域的α螺旋盖子（SBDα）上的两个半胱氨酸Cys574和Cys603的巯基能与小分子化合物PES（2-phenylethynesulfonamide or pifithrin-μ）的炔基发生Michael不对称加成反应，导致hHsp70发生类似于谷胱甘肽化修饰的结构和功能的变化。研究还发现，PES与hHsp70的反应活性与hHsp70的构象相关，因此PES还可以作为探针反映hHsp70的结构域之间相互作用的变化。此前他们的研究工作已经发现hHsp70的这两个Cys发生谷胱甘肽化修饰，可导致SBDα去折叠并作为假底物封闭底物结合结构域，从而关闭其分子伴侣功能。本研究通过发现PES对SBDα上的Cys的共价修饰抑制了hHsp70的分子伴侣活性，验证了针对这两个Cys开发hHsp70的共价抑制剂这一全新思路的可行性。

　　由于Hsp70对于多种细胞生理活动的重要性，特别是对于提高肿瘤细胞耐受恶劣细胞环境的贡献，Hsp70已经被确认为很多疾病，特别是癌症治疗的药物靶标。虽然已发展出来的Hsp70的抑制剂很多，但是目前仍然没有能通过三期临床实验的靶向Hsp70的药物。共价抑制剂往往具有更低的反应可逆性，而能发挥更长效的作用，在蛋白抑制剂开发方面具有独特的优势。在PES的前期研究中，虽然人们经常将它用作抗癌治疗研究的单独或联合用药的研究对象，但是并不清楚它杀伤肿瘤细胞的详细机制，该研究发现PES能和蛋白上的巯基发生共价反应，将有助于对PES在细胞内作用靶标的鉴定以及揭示PES对肿瘤细胞高毒性而对正常细胞低毒性的详细机制，从而进一步推动PES在癌症临床治疗研究中的应用。

　　该研究主要由柯莎课题组的已毕业博士生杨杰（第一作者）、张红副研究员和宫维斌副研究员完成相关实验。吴思副研究员为Hsp70和PES的反应动力学分析提供了支持。柯莎研究员和张红副研究员为共同通讯作者。该研究得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委项目资助。

图解：人源应激型Hsp70（hHsp70）的C末端底物结合域的α螺旋盖子（SBDα）上的两个半胱氨酸Cys574和Cys603的巯基与小分子化合物PES（2-phenylethynesulfonamide or pifithrin-μ）中的炔基发生Michael不对称加成反应

　　文章链接：https://www.jbc.org/article/S0021-9258(20)00206-9/fulltext

（供稿：柯莎研究组）