最近，來自美國芝加哥大學和麻省理工學院(MIT)的研究人員，開發(fā)出一種新的光譜方法，可有助于闡明“一種抗HIV藥物如何誘導病毒遺傳物質中的致死突變”這一知之甚少的分子過程。這項研究結果可能有助于開發(fā)新一代的抗病毒療法。延伸閱讀：電鏡術進展揭示HIV等病毒的秘密。

　　病毒為了適應環(huán)境壓力，可以快速地變異。此功能還可以幫助它們對抗病毒藥物產(chǎn)生耐藥性。但是科學家們使用一種稱為致死突變的策略，已經(jīng)研制出了HIV、丙型肝炎和感冒的抗病毒藥物。

　　這種策略試圖通過促使病毒已經(jīng)很高的突變率超過一個閾值，來消滅它們。如果病毒經(jīng)歷太多的突變，它們就不能正確地管理自己的遺傳物質。

　　芝加哥大學Andrei Tokmakoff 教授說：“它們不能復制，所以很快就會被淘汰。為了使這種方法起效，你需要一種隱形的誘變劑，病毒不會將其識別成一個問題。”

　　Tokmakoff和芝加哥大學、麻省理工學院的同事，在《PNAS》報道了抗HIV藥物KP1212隱身活動的新細節(jié)。研究人員利用二維紅外光譜法――將超快時間分辨和化學結構高靈敏度相結合的一種先進激光技術，收集了支持數(shù)據(jù)。

　　關鍵的工具

　　本文共同作者、MIT化學、毒理學和生物工程教授John Essigmann指出：“二維紅外光譜法是我們前進的關鍵。它可讓我們探討水溶液(這是細胞的自然環(huán)境)中存在的結構。”Essigmann是一家制藥公司的聯(lián)合創(chuàng)始人，該公司正在開發(fā)HIV的誘變抑制劑。

　　Essigmann說：“我們還做了核磁共振，其信息量是非常豐富的，但這些研究是在有機溶劑中進行的，可能不能像Tokmakoff研究小組紅外研究那樣準確地揭示細胞中發(fā)生了什么。”

　　科學家們設計了致死突變分子，如KP1212，類似于天然DNA堿基――腺嘌呤-胸腺嘧啶、胞嘧啶-鳥嘌呤堿基對。該研究的第一作者Sam Peng于2014年在MIT完成了博士論文，他指出：“這些衍生物可以結合錯誤的堿基伙伴，因此導致基因突變。”生物通 www.ebiotrade.com

　　KP1212是一種胞嘧啶變異，通常會在復制過程中與鳥嘌呤配對。但是，生化實驗和臨床試驗表明，KP1212可通過與腺嘌呤配對而誘導突變。一種主導的提議是，KP1212通過變形而衍生出其致突變性――通過將其氫原子重新定位到氮原子和氧原子上，轉換成一種不同的分子結構。

　　科學家將這種變形結構稱為互變異構體。在1953年，James Watson、SB'47和Francis Crick提出了這一互變異構體假設，當時他們宣布發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結構。Peng指出：“在罕見互變異構體中的混合氫位置，可改變氫鍵結合模式，從而導致不正確的堿基配對。”

　　快速測量

　　大多數(shù)的實驗工具很難區(qū)分正常結構和變形結構，因為它們之間的互相轉換非常迅速。用二維紅外光譜，芝加哥大學的研究人員能夠區(qū)分這兩種結構。該小組還能夠測量，快速變形在生理條件下是如何發(fā)生的。

　　該研究小組希望找到僅僅兩個主要互變異構體，但實驗表明，還存在更多。除了采用不同于中性分子的的形式，KP1212也可以接受一個額外的質子，從而在生理酸度(pH值約為5.5至7)上給它一個正電荷，可能產(chǎn)生更多的重排和互變異構體結構。Tokmakoff說：“可能性的數(shù)目呈爆炸式。”

　　實驗還表明，質子化和非質子化的形式可促進病毒的突變率。即使在質子化形式的情況下，病毒仍然突變，只是以一個較低的速度。

　　Peng說：“我們發(fā)現(xiàn)，在生理pH值條件下，KP1212可明顯質子化，并且這種質子化形式可誘導甚至更高的突變率，達到約50%。”

　　Essigmann很驚訝又高興地發(fā)現(xiàn)，該分子能變成質子化。該研究教導他的研究小組如何創(chuàng)造更強有力的變形――通過用原子和分子團裝飾kp1212支架，進一步提高其捕獲質子的能力。

　　Essigmann說：“KP1212大約有20%的可能成為一種理想的治療誘變劑。光譜學提供的這些信息，指引著我們找到更好的誘變分子。”

　　雖然Essigmann和Tokmakoff已相識多年，但直到現(xiàn)在，他們都從事著看似遙遠的研究方向。Tokmakoff的生物學研究涉及蛋白質，而不是DNA。但是他們兩人的研究團隊，首次能夠對抗病毒藥物治療機制進行充分的二維紅外光譜研究。