德國POLYGEN合成儀應用：開發DNA模塊化可編程策略
當前，藥物設計及研發的一個熱門方向是構筑雙價配體分子。該類分子是將兩個藥效明確的配體分子通過連接子偶聯形成；其中，每個配體分子分別識別兩個不同蛋白受體的位點、或同一蛋白受體的不同位點（如正構或變構位點），并通過連接子協調配體-受體的相互作用，從而增強藥物療效、提高藥物選擇性、并克服耐藥等。雙價配體分子可以調控的蛋白受體眾多，如G蛋白偶聯受體（GPCR）、激酶、離子通道、氧化酶以及二聚化蛋白等。由于在藥物研發上的優勢，雙價配體分子越來越受到國際各大研究機構的關注，對許多傳統意義上不可成藥的靶點賦予新的成藥潛力，且已有雙價配體分子進入臨床研究，展示了廣闊的開發前景。
構筑雙價配體分子的關鍵是連接子的篩選及優化，因為它能夠通過調節兩個配體分子的空間距離及空間構象，影響藥理學活性。當前方法主要采用聚合物（如聚乙烯、聚乙二醇等）作為連接子來構筑并篩選雙價配體分子，面臨以下問題：首先，聚合物連接子在合成中聚合度難以精確控制，導致難以精準調控藥效團之間的空間距離；其次，聚合物連接子常由單一重復單元構成，難以實現配體分子與受體結合時空間取向的精細調節；此外，構筑篩選過程中需要將不同長度及結構組成的聚合物連接子逐一與藥效團進行化學偶聯，合成及純化步驟繁瑣。綜上，雙價配體分子的高效構筑及精細調控是制約本領域發展的瓶頸問題。
近日，上海交通大學醫學院肖澤宇課題組與張健課題組合作，在 Cell 子刊 Chem 發表了題為：DNA-modularized construction of bivalent ligands precisely regulates receptor binding and activation 的研究論文。
該研究開發了DNA模塊化可編程的策略來構筑雙價配體分子，實現在單脫氧核苷酸水平對受體識別及激活構象的精細調控。
該策略借鑒DNA分子的可編程構筑方式，用德國POLYGEN核酸合成儀將兩個配體分子分別修飾成可用于DNA固相合成的“類核苷酸”藥效團模塊，將天然脫氧核苷酸作為連接子模塊，并利用德國POLYGEN核酸合成儀，自動化高效構筑雙價配體分子的篩選庫。通過編程脫氧核苷酸的數目來精細調節連接子的長度，實現對兩個藥效團之間空間距離在0.33納米尺度的調控；通過編程脫氧核苷酸的堿基排列來調節連接子的結構多樣化，實現對藥效團空間取向的精細調控，從而高效篩選獲得對受體識別親和力最高、激動效能最強的雙價配體分子。該策略為雙價配體分子的設計開發提供了全新的思路，在藥物設計及生物醫學研究領域具有廣泛的應用前景。
為證實此設計策略的可行性，團隊結合各自的研究優勢，針對同一蛋白受體的正構和變構位點，構筑了一個“正構-變構”雙價配體分子，即一個配體分子與蛋白受體的正構位點結合，另一個配體分子與變構位點結合。具體而言，本工作中蛋白受體選用M1毒蕈堿型乙酰膽堿受體（M1Rs），是一類與認知功能、腫瘤發生發展密切相關的GPCR受體。雙價配體分子中，一個配體分子為正構激動劑占諾美林（簡稱X），識別M1Rs的正構位點；另一個配體分子為變構調節劑BQCA（簡稱B），識別M1Rs的變構位點。通過這樣一個“正構-變構”雙價配體分子的協同調節，實現對M1受體（而非M2~M5受體）亞型的識別及激動選擇性，降低副作用。
研究團隊首先借鑒天然脫氧核苷酸的修飾策略構建了X與B的藥效團模塊，并證實修飾后保留了原藥的活性。進一步，利用POLYGEN核酸合成儀固相合成技術，設計了藥效團間含有1-7個脫氧核苷酸的雙價配體，篩選發現當連接子為兩個脫氧核苷酸時，雙價配體對于M1受體的選擇性最強。在此基礎上，對兩個脫氧核苷酸的堿基排列進行編程，得到16種含有不同結構組成連接子的雙價配體庫，篩選發現單脫氧核苷酸水平排列的差異化使雙價配體對M1受體激動的效價強度呈現出最低10-3的細微改變，且當連接子的堿基排列為“AA”時，雙價配體選擇性激動M1受體的能力最強，比傳統方法提高近30倍。
最后，研究團隊探討了此最優雙價配體與M1受體作用的分子機制。通過分子對接預測并實驗證實了此雙價配體與M1受體作用的氨基酸位點。據此通過分子動力學模擬，發現BAAX雙價配體可將M1受體構象穩定在其激活構象最接近的狀態，從而展示了強效激活M1受體的能力。
德國POLYGEN合成儀現已在：武漢大學化學院、香港大學化學系、廈門大學譜學分析與儀器教育部重點實驗室、深圳計量質量檢測研究院、湖南大學化工學院、中國地質大學材料與化學學院、天津醫科大學藥學院、華南理工大學生物科學與工程學院、東南大學生物電子學國家重點實驗室、中國科學院長春應用化學研究所、山西醫科大學、北京放射醫學研究所、中國農業科學院哈爾濱獸醫研究所等醫藥研發實驗室，等等科研單位的核酸合成儀招標項目中標。
德國POLYGEN系列DNA合成儀主要型號：POLYGEN-10（10柱合成儀）、POLYGEN-12（12柱合成儀）、POLYGEN-48（48柱合成儀）、POLYGEN-96（96柱合成儀）、POLYGEN-192（192柱合成儀）
POLYGEN合成儀是最適合特殊修飾合成。
POLYGEN合成儀是高純度核酸引物合成的最佳選擇。
POLYGEN合成儀是長鏈和超長鏈引物、熒光標記/探針、RNA/LNA等高難度引物合成的最佳選擇。
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