科学家们成功地使用一种新的成像技术来确定蛋白质复合物的结构和相互作用，该蛋白质复合物在癌症的发生和进展中发挥着重要作用。他们表明，可以使用高分辨率的低温电子显微镜(cryo-EM)来更好地了解蛋白质复合物如何与抑制剂药物分子结合。

这种蛋白质复合物——细胞周期蛋白依赖性激酶 (CDK) 激活激酶，即 CAK——已显示出作为癌症药物靶标的前景，因此对其分子组成的全面了解应该有助于基于结构的新的有效治疗方法的设计。

此外，其他研究人员将能够将这种新方法应用到他们自己的工作中，因此它有可能非常广泛地帮助药物发现，无论是在地理上还是跨癌症类型。

这项研究由伦敦癌症研究所的研究人员领导，他们与伦敦帝国理工学院和赛默飞世尔科技的团队合作。该论文已发表在《自然通讯》杂志上。

将冷冻电镜应用于基于结构的药物发现

冷冻电镜是一项尖端技术，它通过将样品快速冷冻至 -150°C 以下，然后让电子束穿过样品，从不同角度收集图像，从而揭示生物分子的详细结构。这些图像被发送到计算机，计算机使用它们创建分子的三维模型。

尽管冷冻电镜在结构生物学中是一种有用的工具，但它产生的图像的分辨率可能受到限制，并且它不能总是处理足够的信息，以便研究人员在合理的时间范围内获得他们所需的细节。

面对这一挑战，ICR 领导的团队决定采用改进的冷冻电镜工作流程。研究人员首先使用成本较低且更容易获得的冷冻电镜仪器进行快速筛选，这需要样本处于真空中。他们在数据收集仍在进行的同时评估了生成的图像，并仅将具有高潜力的样本推进到下一阶段。在这里，他们使用了一种称为冷场发射枪的技术，该技术可提供更高分辨率的图像，非常适合获得小分子复合物的详细视图。

这种方法使研究人员能够获得卓越的图像，其中大部分分辨率为 2 埃 (Å)。在这项工作之前，只有一种类似小尺寸的蛋白质复合物才能实现如此高分辨率，而且它不是医学相关的目标。该团队还表明，通过使用高规格显微镜，每天可以确定超过 12 个结构，分辨率高达 4 Å。

建立有关 CAK 的知识

CAK 是由 CDK7、细胞周期蛋白 H 和 MAT1 组成的蛋白质复合物。它负责激活其他几个 CDK，这些 CDK 调节细胞周期并确保细胞分裂过程中 DNA 的准确复制。如果这些 CDK 激活异常，可能会导致癌细胞生长失控。因此，CAK 已被确定为癌症的有前途的治疗靶点。

六种通过抑制CDK7来靶向CAK的实验药物已进入临床试验，但这些化合物的开发非常具有挑战性，因为不同CDK上的活性位点结构非常相似。这使得在不针对其他 CDK 的情况下很难针对 CDK7。

在这项研究中，研究人员确定了 CAK 催化模块的 16 个详细结构，该模块是促进其反应的部分。这些包括游离状态下的 CAK 结构和与其他底物结合时的 CAK 结构。基于这些结构，该团队能够揭示CDK7选择性的某些机制，这为未来CDK7抑制剂的设计奠定了基础。

第一作者维多利亚库欣，博士。 ICR 的学生表示：“这一方法论进步对于结构生物学界来说确实令人兴奋。它克服了长期存在的技术挑战，使我们能够实现高分辨率和高通量。我们已经用它来提供对结构生物学的详细见解。 CAK 及其抑制剂之间的相互作用，这应该支持下一代疗法的设计。”

资深作者、ICR DNA 修复复合物结构生物学组组长 Basil Greber 博士表示：“我们很高兴能够建立一个将冷冻电镜应用于基于结构的药物设计的框架。对于无法结晶的小目标蛋白特别有用，因为以前无法​​使用基于结构的方法。我们希望我们的工作将使其他实验室和机构或工业界的科学家能够将这种方法应用于药物发现，从而扩大其研究范围影响相当大。”

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