香港科技大学及美国史拔思科研院科学家 发现蛋白酶变体可作为新蛋白质药物制剂
21-07-2014
香港科技大学赛马会高等研究院(高研院)和美国史拔思科研院发展实验室(科大高研院─史拔思科研发展实验室)联合研究小组与aTyr制药公司发现一类蛋白合成酶在人类生命活动中具有重要的新功能。这项研究不仅发现了250个全新及可能影响干细胞以至免疫系统功能的蛋白质,也揭示了生命进化过程中蛋白质演化的重要性,同时也为研发蛋白质药物制剂提供了新的方向。这一重大研究已于2014年7月18日出版的国际权威杂志《科学》发表。

领导联合研究团队的Paul Schimmel教授指出:「这一研究成果中所发现的全新剪接变体蛋白质揭示了以往于生物研究中从未被发现和触及的领域,为科学家进一步探讨生命和进化过程迈进了一大步。」Paul Schimmel教授为加州及佛罗里达州史拔思科研院的Ernest and Jean Hahn教授,并于2008年出任科大高研院访问教授。

与Paul Schimmel教授合著此研究报告的科大高研院资深学人、嘉里理学教授及生命科学部教授张明杰表示:「这一项重要发现不但揭示了一系列新的生物学领域,也为进一步研发蛋白质药物提供新的机遇。」张教授补充:「这次研究成果展示了一个由科大高研院、美国史拔思科研院、及两间来自美国及香港的生物科技公司成功合作的例子,同时也印证了基础研究与生物科技发展之间相辅相成的关联。」

于2013年,可注射蛋白治疗剂占十大药物中的七种,总销售额共590亿美元。其功能主要可补回原本缺少或调整过高的生物活性,因此愈趋代替传统的化学药物。

揭示更高复杂性的生物进化
氨酰tRNA合成酶(AARS)是一类蛋白质翻译过程中的催化酶,而每种氨基酸均需要指定的AARS来催化,因此AARS的种类与氨基酸的数量同样为20种。由于AARS对翻译遗传资讯成为蛋白质尤关重要,他们不但存在于地球上所有生命体中,且一直被视为没有太大变化的蛋白酶。

近几年有迹象显示AARS在进化过程中进行蜕变,并在高等生物中具有更高的复杂性。为对该领域进行系统性研究,科大高研院─史拔思科研团队遂与加州及佛罗里达州的美国史拔思科研院、圣地牙哥生物技术公司aTyr制药(Paul Schimmel教授为创立人之一)、史丹福大学和香港生物科技公司盘古生物制药(aTyr制药子公司)合作。

另一合著此研究报告的aTyr制药行政总裁兼执行主席John Mendlein博士表示:「透过国际性合作努力,我们发现这个蛋白酶基因家族将开启新的人体生理领域,包括干细胞生物学、免疫反应、血管化和代谢等。我们相信,利用这些蛋白质的调节功能可以医治各种因生理失调所导致的疾病。」

采用国际先进科研技术,团队在人类细胞中发现了近250个天然且从未被科学家发现的AARS剪接变体。这些剪接变体由AARS基因的组件外显子以不同方式剪接而成,使单一基因可编制成具有不同功能的多种剪接变体蛋白。

香港科技大学赛马会高等研究院院长戴自海教授称:「这项突破性的研究,集合了西方顶尖学者与本港科学家的努力,开拓尖端学术新知,为人类带来福祉,正是高研院的目标。Paul Schimmel教授与其团队六年以来的努力与坚持,结合远见和创造力,方可达致今天令人振奋的成果。我们亦谨此感谢创新及科技基金一直致力支持这项极度艰巨的研究。」

开启新蛋白质药物制剂新方向
团队进一步的研究结果显示,AARS剪接变体蛋白往往只在一些特定的细胞例如脑或免疫细胞产生,并可能仅于某些进化阶段出现。更重要的是,大部分剪接变体蛋白都缺乏了原用于蛋白质合成的重要结构域,因此确定这些AARS剪接变体蛋白与蛋白质合成作用无关。初步细胞实验亦指出,这些剪接变体蛋白较多用作人体的其他功能。例如,根据研究组的实验显示,其中一个剪接变体蛋白能加速人类骨胳肌肉纤维细胞的繁殖,这一新功能可能对治疗肌肉营养不良症有直接帮助。

Schimmel教授、科大高研院─史拔思科研团队以及其他合作者现正致力深入探讨这些AARS剪接变体蛋白的功能。他说:「我们深信这些蛋白和多种人类疾病相关,因此,它们代表了新一类的蛋白质治疗药剂,好像广泛使用的可注射蛋白治疗剂,例如生长激素、胰岛素、促进红细胞生长素及刺激骨髓生长素等 。」

研究经费由香港政府创新及科技基金、美国国家癌症研究基金会、美国国家卫生院及aTyr制药子公司盘古生物制药提供。

有关香港科技大学
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香港科技大学赛马会高等研究院
香港科技大学赛马会高等研究院(高研院)(ias.ust.hk)致力拓展最前沿的知识领域,迎接廿一世纪的巨大挑战。高研院竭力罗致全球最优秀的人才,共同开拓尖端学术新知,推动科学突破与技术创新,成为香港及大中华区首屈一指的知识中心及创新科技发展平台。

有关美国史拔思科研院
美国史拔思科研院(TSRI)乃全球其中一间最大、独立非牟利研究所,专注生物医学科学研究。史拔思科研院对科学和健康的贡献获国际公认,包括其在奠定癌症、类风湿关节炎、血友病等疾病的新疗法的基础性作用。前身为Scripps Metabolic Clinic,史拔思科研院于1924年由慈善家Ellen Browning Scripps创立,现拥有约3,000名员工于其加州拉霍亚及佛罗里达州朱庇特的研究所工作,一些著名科学家包括诺贝尔奖得奖者正朝着未来新发现努力探索。研究所提供全国十大的生物学和化学博士学位课程。详情请参阅:www.scripps.edu

有关aTyr制药
aTyr制药透过利用Physiocrine生物学,开发治疗人类疾病产品的管道。aTyr已为这些治疗产品申请超过200个专利,建立了一个占主导地位的知识产权产业。目前,aTyr的重点项目专注于免疫系统失衡的罕见疾病,这些疾病是一些严重且可致命的自体免疫疾病,而对于治疗这些疾病,现在还未有有效、安全、长效的方法。aTyr制药生物技术公司由领先于氨酰tRNA合成酶科学领域的美国史拔思科研院Paul Schimmel教授所创立,其于2008年应香港科技大学赛马会高等研究院邀请加入为访问教授及建立其实验室,并获顶级生命科学投资者Alta Partners、Cardinal Partners、Domain Associates 和 Polaris Partners支持。详情请参阅:http://www.atyrpharma.com

Paul Schimmel教授。

Paul Schimmel教授。

张明杰教授(中)与科大高研院─史拔思联合研究小组香港团队。

张明杰教授(中)与科大高研院─史拔思联合研究小组香港团队。

相较未经处理的人类骨胳肌肉细胞,AARS剪接变体蛋白使其肌肉纤维显著增多(下图)。

相较未经处理的人类骨胳肌肉细胞,AARS剪接变体蛋白使其肌肉纤维显著增多(下图)。

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