高分秘籍｜CNS主刊文章原来这样写！（下）

1 月 13, 0203

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上周的CNS盘点主要聚焦于Biacore在新冠研究中的应用，其实2022年Biacore在多个科研领域都有精彩的表现，这一期小编选取了植物科学、新型药物研发、靶点发现、结构/复合物组装以及神经科学这几个方向给大家盘点借助Biacore发表的CNS文章。

01植物科学

2022年9月，Nature以“背靠背”的方式发表了中国科学技术大学研究团队与浙江大学研究团队两篇关于生长素转运的研究论文“Structural insights into auxin recognition and efflux by Arabidopsis PIN1”以及“Structures and mechanisms of the Arabidopsis auxin transporter PIN3”，解析了植物中生长素极性转运蛋白PIN的结构，并结合Biacore阐明了膜蛋白PIN与生长素IAA（分子量175Da）和除草剂NPA的识别和转运机制（图1），为剖析植物生长素运输调控以及针对PIN蛋白的农业用除草剂和植物生长调节剂的设计开发奠定了重要基础。

图1. Biacore检测野生型和突变型PIN3与生长素IAA及除草剂NPA的亲和力

2022年5月，山东建筑大学与美国德州农工大学在Nature上发表题为“Phytocytokine signalling reopens stomata in plant immunity and water loss”的研究论文，文章报道了一类新的调控免疫和水分流失的分泌小肽SCREWs，阐明了SCREWs参与植物重新打开气孔的分子机制。研究人员通过Biacore证实了NUT是SCREWs的直接受体，分别在pH 7.5以及非原质体的pH5.7的条件下检测了两者的结合。结合突变实验用Biacore验证亲和力的改变从而确定SCERWs羧基端的保守半胱氨酸对诱导免疫十分重要，此外还采用Biacore检测了SCREW2-NUT-BAK1三元复合物的结合。

图2. Biacore检测不同pH条件下SCREWs与NUT亲和力

02新型药物研发

2022年10月，美国基因泰克公司（Genentech）在Nature上表发题为“Antibody targeting of E3 ubiquitin ligases for receptor degradation”的文章，开发了一种蛋白降解靶向抗体（Proteolysis-targeting antibodies，PROTABs），将可识别糖蛋白D的N末端表位（gD）的抗体臂与已知的IGF1R的抗体进行组装，可以实现结直肠癌中靶蛋白特异性降解。文中采用Biacore检测了7种靶向IGF1R的已知抗体的亲和力（图3f），并且对这些抗体的结合表位进行了研究（图3g）

图3. Biacore检测抗体亲和力及结合表位

2022年2月，赛诺菲公司在Science上发表了题为“A trispecific antibody targeting HER2 and T cells inhibits breast cancer growth via CD4 cells”的研究论文，报道了针对HER2和T细胞的三特异性抗体的研发工作，通过CD4免疫细胞抑制乳腺癌细胞生长，为乳腺癌的治疗提供了新方向。研究人员首先设计出一种由anti-HER2、anti-CD3和anti-CD28组成的三特异性抗体，它们分别靶向、激活并且延长T细胞的生存期。研究人员使用Biacore检测该三特异性抗体与三种抗原的亲和力，同时使用Biacore还确定了三个抗原的结合互不干扰（图4）。

图4，Biacore检测三特异性抗体与抗原的亲和力以及各抗原结合相互影响效应

03靶点发现

2022年3月，厦门大学生命科学学院林圣彩院士团队在Nature上发表题为“Low-dose metformin targets the lysosomal AMPK pathway through PEN2”的文章，通过“钩钓”式的化学探针，找到了百年神药二甲双胍（分子量129.164Da）的分子靶点，即二甲双胍发挥其神奇作用的蛋白——PEN2（γ-secretase的亚基），并搞清了它工作的具体方式。研究人员采用Biacore对二甲双胍与PEN2之间的亲和力进行了定量表征（图5A），并结合突变实验确认了两者结合的关键性氨基酸（图5B）。

图5， Biacore检测二甲双胍与PEN2蛋白的相互作用

2022年2月，德国波恩大学研究团队在Nature发表题为“Structure of the NLRP3 decamer bound to the cytokine release inhibitor CRID3” 的文章，该研究解析了一种中枢细胞炎症关键蛋白NLRP3的结构，使用Biacore验证了细胞因子释放抑制药物（Cytokine Release Inhibitory Drug, CRID）CRID3通过与NLRP3结合（图6A）发挥抑制作用，通过突变验证了NLRP3结合CRID3的关键性氨基酸（图6B）。该研究结果为开发针对痛风、2型糖尿病等炎症性疾病甚至阿尔茨海默病找到了全新靶点，为新药物的研发开辟了道路。

图6，CRID3通过与NLRP3互作发挥抑制作用

04结构/复合物组装

2022年Nature上发表了两篇解析MRAS-SHOC2-PP1C磷酸酶复合物结构的文章。6月基因泰克公司在Nature上发表了名为“Structural basis for SHOC2 modulation of RAS signalling”的文章揭示SHOC2调控RAS信号的结构基础。研究人员通过Biacore证明了SHOC2: PP1C的复合物可与KRAS（GNP）发生直接互作，发挥调控作用。9月美国诺华生物医学研究所等单位发表的题为“Structure of the MRAS–SHOC2–PP1C phosphatase complex”的文章中，研究人员通过Biacore发现只有在GppNHp存在的情况下MRAS才能与SHOC2结合（图7a），证明MRAS GTP结合的活性状态驱动了组装。文章进一步利用Biacore探究三者组装的协同作用，发现在PP1C存在的情况下，MRAS与SHOC2的亲和力增加了70倍（图7b），并且结合突变实验发现Rasopathy和癌症突变存在于磷酸酶内的蛋白-蛋白界面，导致亲和力增强（图7b）。

图7，Biacore检测MRAS-SHOC2-PP1C三者在不同条件下的相互作用

2022年11月，斯坦福大学医学院、日本东北大学等单位在Cell 上发表了题为“Membrane phosphoinositides regulate GPCR-β-arrestin complex assembly and dynamics”的研究论文，揭示了膜磷酸肌醇（PIP）调节GPCR-β-arrestin复合物组装和动力学的分子机制。他们通过Biacore发现，PIP2通过稳定复合物的完全结合状态来促进GPCR-β-arrestin复合物的稳定性（图8）。

图8，Biacore检测发现PIP2增强了Fab30与β-arrestin的结合

05神经科学

2022年7月，斯坦福大学华人科学家沈康教授团队在Nature发表题为“Endocytosis in the axon initial segment maintains neuronal polarity” 的文章，发现神经元中树突和轴突极化的跨膜蛋白可以被轴突初始段 (AIS)中的内吞机制识别，内吞后被降解，AIS 的内吞机制可作为一种极化受体的膜清除机制，与已知的 AIS 扩散屏障机制一起工作，以维持质膜上的神经元极性。研究人员使用Biacore验证了跨膜蛋白（DMA-1）与轴突初始段（AIS）的结合（图9，KD=6.9 ± 0.7 µM）。

图9，Biacore检测跨膜蛋白DMA-1 与轴突初始段（AIS）关键蛋白LRPL-1的结合

2022年10月，牛津大学、巴塞罗那大学等单位在Cell 上发表了题为“GPC3-Unc5 receptor complex structure and role in cell migration”的研究论文，发现了调节大脑神经元和神经母细胞瘤细胞迁移的特殊蛋白复合体GPC3-Unc5。揭示了神经元受体Unc5和GPC3（Glipican 3）在大脑形成过程以及大脑源性癌细胞（神经母细胞瘤）的扩散中通过精准的合作来指引神经元。研究人员通过Biacore直接证明了Unc5细胞外结构域与GPC3核心结合。

图10， Biacore检测Unc5与GPC3的亲和力/动力学

总结

从1990年上市至今，Biacore作为最经典的分子互作技术，已经广泛应用于基础科研的诸多领域，持续为科研工作者提供精准丰富的数据。小编所选取的部分CNS文章展现的只是Biacore的冰山一角，更多的文章可以从下方的参考文献中查阅。在所展示的这些应用中，也不难看出Biacore：

不仅可以检测常规的蛋白、核酸、小分子，还能够检测膜蛋白、脂类等多种分子类型
不仅可以检测纯化的样本，还能检测血清、细胞上清等复杂样品
不仅有经典的多循环动力学，Biacore软件还提供了单循环动力学等实验方案快速获得结果
不仅能够表征分子间相互作用的亲和力和动力学，还能够通过实验设计获得复合物组装的信息，验证互作的关键性氨基酸，以及结合的表位信息

2023年，期待与Biacore继续比肩同行，得可靠数据，结累累硕果。

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