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結構引導的Nurr1變構調節機制解析與高效激動劑設計
《Communications Chemistry》:Structural and mechanistic profiling of Nurr1 modulation by vidofludimus enables structure-guided ligand design
【字體: 大 中 小 】 時間:2025年05月22日 來源:Communications Chemistry 5.9
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為解決帕金森病等神經退行性疾病中核受體Nurr1(NR4A2)配體結合機制不明確的問題,德國法蘭克福大學Daniel Merk團隊通過分子動力學模擬和突變分析,首次揭示臨床候選藥物vidofludimus通過變構表面口袋(H1/H5/H7/H8螺旋區)激活Nurr1的分子機制,并基于結構設計出效力提升10倍的新型激動劑。該研究為靶向Nurr1的藥物開發提供了關鍵結構基礎,發表于《Communications Chemistry》。
神經退行性疾病領域長期面臨治療靶點匱乏的挑戰,核受體相關因子1(Nurr1,NR4A2)因其在維持多巴胺神經元功能和抑制神經炎癥中的關鍵作用,成為帕金森病、阿爾茨海默病和多發性硬化癥的治療新靶點。然而,這個"孤兒核受體"存在特殊結構困境——其經典配體結合域被疏水殘基緊密填充,導致傳統配體設計策略失效。盡管臨床階段藥物vidofludimus能高效激活Nurr1(EC50 0.4μM),但其結合位點和分子機制始終成謎,嚴重阻礙了靶向藥物的理性設計。
德國法蘭克福大學Ursula López-Garcia和Daniel Merk團隊在《Communications Chemistry》發表的研究,通過多學科技術手段破解了這一難題。研究采用均相時間分辨熒光(HTRF)技術系統分析配體對Nurr1二聚化和核心gulator互作的影響,結合位點掃描突變(10個關鍵位點)鎖定結合區域,分子動力學模擬(200ns×4重復)解析結合模式,并基于結構設計出苯甲氧基修飾的優化化合物1(EC50 0.04μM)。
分子機制研究顯示,vidofludimus通過三重效應激活Nurr1:1)顯著破壞Nurr1同源二聚體(HTRF和等溫滴定量熱法ITC證實Kd降低7倍),釋放轉錄活性更強的單體形式;2)中等強度解離Nurr1-RXR異源二聚體;3)以較低效力(μM級)置換NCOR1、SMRT等核心pressor。關鍵發現是定位出全新變構口袋——位于H1/H5/H7/H8螺旋構成的表面區域,通過I500W/M379W雙突變完全阻斷配體結合(ITC驗證結合消失),而H372F突變則通過增強配體羧酸與Arg454/Arg450的離子相互作用提升效力。
結構引導的藥物設計取得突破性進展:在vidofludimus末端苯環鄰位引入芐氧基的化合物1,與Nurr1形成額外疏水接觸,使結合親和力提升7倍(BLI顯示解離速率koff降至0.0224 s-1)。分子動力學模擬揭示其羧酸基團與His372/Arg450/Arg454形成穩定鹽橋,苯甲氧基則填充了I500側鏈形成的疏水亞口袋。
這項研究首次闡明合成Nurr1激動劑的變構作用機制,突破性地將臨床分子vidofludimus的結合位點精確映射到LBD表面區域,為開發神經退行性疾病治療藥物提供了關鍵結構模板。其創新價值體現在三方面:1)發現不同于經典核受體激活模式的全新變構機制;2)建立"二聚體解離-核心gulator釋放"的雙路徑激活模型;3)示范了基于表面口袋的Nurr1配體優化策略。這些發現不僅推動Nurr1靶向藥物進入理性設計時代,也為其他"難靶點"核受體的藥物開發提供了方法論參考。
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