【分子动力学应用案例】环介导激动剂诱导的干扰素基因蛋白刺激物的激活

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一

干扰素基因刺激剂 (STING) 蛋白在多种先天免疫和生物过程中发挥着至关重要的作用，包括抗肿瘤免疫和维持微生物组稳态。作为 STING 的内源性激动剂，cGAMP 与二聚体界面结合，称为环状二核苷酸结合域 (CBD)。包括非核苷酸配体 SR-717 在内的各种激动剂可与 CBD 结合以激活 STING。CBD结构由三个α螺旋（α1、α2和α5）和四个β折叠（β2、β3、β4和β6）组成。目前研究人员已将 β4 残基 R238 确定为 STING 复合物内重要的激动剂结合残基。根据激动剂结合的 STING 复合物的晶体结构分析，激动剂结合会导致 CBD 的构象变化，包括 α2 螺旋的运动。CBD 的这种激动剂诱导的构象被认为与 STING 的“活性样”状态有关。然而，CBD 位于 STING 的中心。然而，CBD 位于 STING 的中心，远离 STING 的蛋白质结合界面，激动剂如何变构激活STING并随后招募TBK1仍然很大程度上未知。

因此，在本篇文章中，作者通过分子动力学来研究了STING−TBK1 结合过程中激动剂诱导的激活机制。作者通过微秒级的分子动力学模拟，发现小分子激动剂SR-717通过变构调控，促进STING与TBK1相互作用。该文章由中国科学院上海药物研究所陈凯先院士团队于2023-10-13发表在JCIM上。文章通过模拟计算提出了小分子激动剂结合STING并招募TBK1的理论基础，然后还开展使用FEP计算指导STING激动剂设计。

图1 有无激动剂参与的STING−TBK1复合物MD模拟

图1中，作者首先对有没有激动剂SR-717参与的情况下做了1微秒的分子动力学模拟。我们可以很明显看到，在激动剂作用下（agonized），STING α3 亚基螺旋之间的平均距离大于没有激动剂作用的（apo）; 而apo中，α3 亚基螺旋和TBK1的距离明显大于agonized。这说明激动剂 SR-717 促进了 STING 和 TBK1 之间的相互作用，并很好的表明了激动剂 SR-717 通过与 β4、β6 和 α1 结合来介导 α3 的运动，并阐述了关键作用的氨基酸（图2）

图2 激动剂诱导的STING激活的变构途径及关键氨基酸

前文说到，目前R238 被认为是 STING 复合物内重要的激动剂结合残基，因此作者做了R238S的突变体模拟，发现R284S 突变稳定了 STING 和 TBK1 之间的相互作用。通过MD模拟，确定了激动剂 SR-717 或R284S 的突变可以通过 α5、loop 6、loop 8 和 CTT 传递到 STING-TBK1的结合界面，突出了它们在 STING 激活中的重要性。

图3 STING 的突变体 R284S的MD模拟及关键氨基酸

在此基础上，作者还设计了在R1、R2、R3设计了一系列化合物，通过FEP计算自由能确定了12J、12K、12L三个新型的STING激动剂（图4），这暗示着未来针对α5螺旋区域设计STING激动剂具有相当重要的参考意义。

图4 FEP计算STING激动剂

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