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美國(guó)密西根州立大學(xué)的胡健課題組和黃雪飛課題組聯(lián)合報(bào)道了設(shè)計(jì)和合成磷脂激酶人工底物和抑制劑的一個(gè)新策略。

磷脂酰肌醇磷酸激酶（Phosphatidylinositol phosphate kinase，PIPK）是一種廣泛存在于真核生物中的磷脂激酶，主要負(fù)責(zé)磷脂酰肌醇二磷酸（Phosphatidylinositol bisphosphate，PIP2）的生物合成。PIPK選擇性地磷酸化磷脂酰肌醇磷酸酯（Phosphatidylinositol phosphate，PIP）從而生成PIP2。最早發(fā)現(xiàn)的兩種PIPK（PIP5K和PIP4K）負(fù)責(zé)生成PI(4,5)P2，而第三種PIPK（PIKfyve）則生成PI(3,5)P2。盡管PIP2在細(xì)胞膜磷脂中占比極低，但卻在諸如細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)，囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)，細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)和膜動(dòng)力學(xué)的調(diào)節(jié)等方面起重要作用。越來(lái)越多的研究表明，PIPK是潛在的，針對(duì)治療腫瘤、肌萎縮側(cè)索硬化、慢性疼痛和病毒感染的藥物靶點(diǎn)。因此，開發(fā)以PIPK為靶的選擇性抑制劑成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。常見的激酶抑制劑的開發(fā)策略是以藥物分子占據(jù)其 ATP 結(jié)合位點(diǎn)從而抑制底物磷酸化。然而，ATP 結(jié)合位點(diǎn)在激酶中高度保守，這使得開發(fā)具有高度選擇性的 ATP 競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑面臨巨大挑戰(zhàn)。為了避免交叉抑制所導(dǎo)致的副作用，另一種激酶抑制劑的研發(fā)策略是阻斷其底物結(jié)合位點(diǎn)。面對(duì)高度差異化的底物，激酶的底物結(jié)合位點(diǎn)往往在幾何形狀和靜電特性方面具有獨(dú)特性，從而使得阻斷底物結(jié)合成為開發(fā)具有高選擇性的激酶抑制劑的一種有效（然而卻施用較少）的策略。迄今為止，尚未有針對(duì)磷脂激酶的底物結(jié)合位點(diǎn)進(jìn)行抑制劑開發(fā)的先例。

在這項(xiàng)工作中，研究人員利用肌醇（myo-inositol）和β-D-半乳糖之間幾乎相同的立體化學(xué)，設(shè)計(jì)并合成了一組D-半乳糖基溶血磷脂 （化合物1-6）以模擬PIPK的脂質(zhì)底物。數(shù)據(jù)表明，化合物4可以被PIP5K而不能被其他PIPK（PIP4K和PIKfyve）磷酸化。有趣的是，人工底物（化合物1-4）磷酸化的程度與其脂肪鏈的長(zhǎng)度正相關(guān)，說(shuō)明PIPK具有感知膜環(huán)境的能力。由化合物4衍生化產(chǎn)生的化合物6顯示了廣泛的PIPK抑制活性。進(jìn)一步的研究表明，化合物6是一種非 ATP 競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，并且對(duì)于PIKfyve具有較好的抑制效果（IC₅₀ = 6.2 μM）。由于作用于不同的結(jié)合位點(diǎn)，化合物6和ATP 競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑Apilimod 對(duì)PIKfyve具有顯著的聯(lián)合抑制效果。而化合物6對(duì)轉(zhuǎn)鐵蛋白內(nèi)吞的明顯抑制作用則提示其在細(xì)胞中也發(fā)揮了有效的PIPK抑制活性。最后，為了表征化合物6的選擇性，研究還進(jìn)行了基于活性的激酶篩選（Eurofins Inc. KinaseProfiler^TM），其中包括來(lái)自于主要激酶家族的 58 種代表性人類激酶。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，20 μM的化合物6僅對(duì)AMPKα1產(chǎn)生了一定的抑制效果，而對(duì)其他測(cè)試的激酶，則未產(chǎn)生或僅產(chǎn)生了非常微小的影響。這項(xiàng)工作證明了以D-半乳糖為頭基的磷脂類似物可用于發(fā)展針對(duì)磷脂激酶的人工底物和高選擇性非 ATP 競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，為下一步的化學(xué)生物學(xué)研究和藥物開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。