分享一篇发表在Nature Communications上的文章Design and structural validation of peptide–drug conjugate ligands of the kappa-opioid receptor，通讯作者是来自维也纳医科大学的Christian W. Gruber、华盛顿大学的David Baker和圣路易斯健康科学与药学大学的Tao Che，他们的研究方向分别是神经肽及其药理学、蛋白质设计、阿片类受体及其药物开发。G蛋白偶联受体(GPCR)是极为重要的药物靶点，小分子是靶向GPCR的常用方式。然而，对于κ-阿片受体(KOR)而言，其激活可能导致诸多不良反应，尽管过去十年已经投入了许多努力开发靶向KOR的分子支架，但具有独特药理学特性和减少不良反应的KOR配体需求仍未得到满足。此外，计算方法的进步使得设计环肽和小蛋白结合剂成为可能，但在GPCR结构引导的肽设计方面很少成功，这主要是由于缺乏高分辨率的活性态GPCR结构，以及许多GPCR凹陷的配体结合口袋可能难以被肽接近。本文作者认为，小分子配体适合深入GPCR的结合口袋裂隙，而肽适合进行更广泛的靶向相互作用，可通过肽-小分子偶联物的计算设计进行结合，从而调节受体的不同活性状态，赋予配体独特的药理学特性。作者从最近发表的KOR与小分子配体MP1104结合的复合物结构入手，推测MP1104类小分子配体的选择性和功效可以通过与细胞外环相互作用的偶联环肽来调节。为方便化学合成，作者使用半胱氨酸和N末端环化的Lariat肽，游离C末端即可用于共价修饰。基于结合口袋的大小和形状，作者使用5~6个残基的环肽进行研究。作者使用MP1104的衍生物作为起点，该变体缺乏碘苯甲酰胺基团，并具有游离氨基。作者放置一个D-苯丙氨酸来模拟碘苯甲酰胺基团，并充分采样下一个残基的主链扭转角和侧链，得到四个组合用于缀合5/6-聚体硫醚环肽。随后，作者使用Rosetta生成硫醚环肽库，参照以前的设计流程进行迭代序列设计，根据结合自由能、形状互补性和界面面积等指标过滤，最终得到6种硫醚环化肽进行合成。作者得到了其中四条从头设计环肽(DNCP)与MP1104衍生物β-NalA的偶联物，结果显示与单独使用β-NalA相比，DNCP偶联物具有更强的亲和力和效力，最有效的偶联物DNCP-β-NalA(1)和(4)分别具有2.0nM和1.0nM的EC50值。作者后续通过在疼痛小鼠模型上证实DNCP-β-NalA(1)是KOR的完全激动剂，具有很好的血清稳定性，且具有显著的抗伤害感受能力。该偶联物对小鼠的运动能力无显著影响，表明具有更少的副作用。最后，作者还通过冷冻电镜解析了偶联物与KOR的复合结构，阐释了相互作用的机制。总之，本文作者通过从头设计KOR的硫醚环肽结合剂并与已知小分子激动剂偶联，这种多肽-药物偶联物具有更好的功能特异性，降低了靶向GPCR药物导致的不良反应。这一策略可以广泛适用于其他GPCR靶点，为生成高亲和力、高选择性配体提供了途径。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-43718-w文章引用：10.1038/s41467-023-43718-w
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