鼠類肉瘤病毒癌基因（KRAS，kirsten rat sarcoma viral oncogene）是中突變頻率最高的基因之一。
KRAS 會在大約 10% 的癌症中發生體細胞突變，以及在約 90% 的、約 40% 的結直腸癌、約 35% 的肺癌、約 20% 多發性骨髓瘤中發生體細胞突變。
學界研究原癌基因的已有四十多年的歷史，其中上萬篇文獻涉及到 300 多個 KRAS 相關的結構解析。但是，目前為止只有兩個藥物問世——Sotorasib（Lumakras™）和 Adagrasib（Krazati™）。
然而，這兩款藥物的治療效果依然受到藥物耐受性的困擾。具體來說，這兩款藥物都透過變構抑制 KRAS 的活性。這種變構抑制劑的出現，為探索 KRAS 和眾多難以成藥的靶點的變構抑制帶來了一定可行性。
然而，和眾多重要的藥物靶點一樣的是，KRAS 變構抑制劑的研發，受限於缺少有效的已知變構抑制位點。因此，繪製完整的 KRAS 變構抑制位點圖譜，會極大加速 KRAS 變構抑制劑的研發。
在近期一項研究之中，西班牙基因調控中心的研究人員利用深度突變掃描的實驗方法 ddPCA (doubledeepPCA)，透過構造飽和突變的方法，繪製了 KRAS 的變構抑制圖譜。
（來源：Nature）
研究中，課題組繪製了 KRAS 與他的六個結合蛋白 RAF1、PIK3CG、 RALGDS、SOS1、DARPins K27 和 K55 的結合活性抑制圖譜，並測量了 26000 多個突變對於 KRAS 的穩定性，也測量了 KRAS 和六個互作蛋白結合之後的影響。
在氨基酸的幫助之下，他們替換了不同突變背景之下的效果，利用機器學習推測了 22000 多個自由能變化，驗證了使用這一方法繪製蛋白變構抑制圖譜的可行性。
當了解自由能（ΔΔGb）和已知複合物的結構資訊之後，就能幫助找到變構調節的突變和位點。而這些完整的變構位點有望大大加快 KRAS 變構抑制劑的研發。
透過此，他們繪製了首個完整蛋白的變構抑制圖譜，這也是首個蛋白與多個相互作用靶點的特異性變構抑制圖譜。
實驗資料顯示：在 KRAS 蛋白中，變構抑制會隨距離的增加而減弱。同時，二級結構 β 摺疊更容易傳遞變構抑制的影響。
透過此，他們首次發現變構抑制具有特異性，並首次發現 KRAS 四個表面的口袋都有可以抑制 KRAS-RAF1 結合的突變。
另外，課題組也提供了一個實驗與計算相結合的方法，能夠用來繪製蛋白與蛋白相互作用的變構抑制圖譜，並具有較好的可行性和經濟性。同時，也可以利用這個方法繪製其他蛋白蛋白相互作用的變構抑制圖譜。
審稿人表示，針對四個口袋的分析為長久以來未被重視的第三個口袋注入了活力。同時，本次研究也揭示了第三個口袋的突變依然能夠抑制 KRAS-RAF1 結合活性。
假如可以開發效果優於 sotorasib/adgrasib 的藥物，對於 KRAS 具有極高的醫學重要性。同時，高通量搜尋也會變得更加重要。
由於本次研究也展示了 KRAS 下游不同通路的結合活性，因此有望為在不同癌症中剖析 KRAS 通路提供有力的資料支援。
中國科學技術大學校友翁晨春博士，是本次研究的主要負責人。2020 年，翁晨春進入目前的課題組。當時，該實驗室正在研究 ddPCA 這一實驗方法。2022 年，關於這一方法的相關論文發表在 Nature 上。
圖 | 翁晨春（來源：翁晨春）
後來，該團隊計劃將這一方法用於其他的蛋白蛋白相互作用上。憑藉在腫瘤治療中的重要性，KRAS 便成為本次研究的目標之一。同時，蛋白蛋白相互作用的特異性，也是課題組一直在關注的問題之一。
而 KRAS 恰好擁有多個重要的下游靶標蛋白，於是他們便採取將 KRAS 結合蛋白的做法來探索關於 ddPCA 的應用。
而翁晨春進入該團隊的第一件事，便是利用這個課題申請了歐洲分子生物學組織（EMBO，European Molecular Biology Organization）的博後項目，並順利拿到了資助。
透過參考其他文獻，課題組找到了一些體外資料，這不僅加快了實驗進展，也印證了資料的可靠性。在論文審稿階段，他們又針對新突變做了體外驗證。
當翁晨春第一次在 KRAS 的 3D 結構上觀察自由能變化的時候，其所計算出來的最明顯的自由能變化，都位於 KRAS 與 RAF1 的結合表面上，這讓他感到非常興奮，同時圖片本身的“華麗”又讓他覺得這個方法很給力。
最終，相關論文以《KRAS 抑制的能量和變構景觀》（）發在 Nature[1]。
翁晨春是第一作者，西班牙基因調控中心本·萊納（）教授擔任通訊作者。
圖 | 相關論文（來源：Nature）
目前，擔任本次論文通訊作者的本·萊納（）和第二作者的安德烈·福雷（Andre Faure）在一家名為 的初創公司任職。
這家初創公司正在利用本次實驗方法——ddPCA，來繪製腫瘤靶標基因的變構抑制圖譜。若干年後，其希望透過這些圖譜資料可以找到合適的藥物靶點。
同時，課題組計劃將這個方法用於其他疾病相關蛋白之中，並用於繪製其他蛋白的抑制圖譜。
此外，繪製 KRAS 的抑制圖譜只是一個開始，如何使用這些突變資訊，以及如何利用這些口袋結構，都需要進一步的探索。
另據悉，翁晨春本科和博士均畢業於中國科學技術大學，後在西班牙基因調控中心完成博士後研究。
其表示：“我計劃今年回國並建立自己的實驗室。同時也很希望對我們的研究感興趣、願意從事相關研究的碩士，博士或者博士後聯絡我或者 。”
參考資料：
1.Weng, C., Faure, A.J., Escobedo, A.et al. The energetic and allosteric landscape for KRAS inhibition. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06954-0
運營/排版：何晨龍
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