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祝贺!景杰生物助力南开大学药学院白钢教授团队揭示人参皂苷抗癌机制

发布时间: 2019-05-27
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人参皂苷(Ginsenoside)是从五加科植物(人参、西洋参、三七等)中提取和转化出来的一种固醇类化合物,更是天然抗癌活性成分,目前已经被广泛用于癌症辅助治疗。常用的人参皂苷有Rh2、Rg3、Rk2、Rh3、aPPD等。然而能够和靶蛋白互作,发挥抑癌作用的具体人参皂苷成分仍然未知近几年基于高分辨质谱的蛋白质组学技术已经被成功应用到了多项中药研究中。新技术的发展为更好的解释人参皂苷的抑癌作用机制提供了可能。


近日,南开大学药学院白钢教授、侯媛媛副教授团队在著名学术期刊Journal of Proteome Research上发表论文, 利用TMT蛋白质组学定量技术揭示了人参皂苷的抑癌作用机制。研究人员通过对人参皂苷提取物处理的非小细胞肺癌A549细胞系进行定量蛋白质组学和磷酸化修饰组学分析,发现Ras蛋白在多个功能通路中都起到了调节作用,预示着它很有可能是人参皂苷中某一成分的靶蛋白。除此之外,研究人员利用亲和质谱技术筛选出三个Ras结合配体,分别为:20(s)-PPD, 20(s)-Rh2 20(s)-Rg3


南开大学药学院白钢教授团队揭示人参皂苷抗癌机制


南开大学药学院白钢教授团队揭示人参皂苷抗癌机制
文献精读


1、人参皂苷处理引起肺癌细胞内大量蛋白和功能通路变化


作者分别用人参皂苷提取物(处理组)DMSO(对照组)对非小细胞肺癌A549细胞系处理6小时,然后提取全蛋白进行定量蛋白质组学和磷酸化修饰组学(组学策略)。共鉴定到5499个蛋白,以及4820个蛋白上的9135个磷酸化修饰位点。其中,有664个蛋白以及900个位点随着人参皂苷的处理发生显著的表达量变化,并且俩者间含有重叠部分(Figure 1a&b)


南开大学药学院白钢教授团队揭示人参皂苷抗癌机制

Figure 1 人参皂苷抗癌功能的蛋白质组学分析


GO分析发现有表达量变化最显著(p-value<0.01)的蛋白与癌细胞中GTPase活性相关(Figure 1c)KEGG通路分析富集到了MAPK 信号通路、Ras信号通路等(Figure 1d)这些不仅与磷酸化蛋白密切相关,也是主要的癌症信号通路。


二、Ras蛋白与人参皂苷的抗癌作用发挥密切相关


为了更加明确地坚定出人参皂苷抗癌作用发挥中的靶蛋白,研究者进行了PPI网络互作及其他分析,发现Ras蛋白与多个上下调蛋白相关联,并且可以调节一些主要的抗癌相关通路(Figure 2)。证明Ras蛋白极有可能是人参皂苷的一个核心靶蛋白。


南开大学药学院白钢教授团队揭示人参皂苷抗癌机制Figure 2 Ras蛋白在人参皂苷的抗癌作用中发挥重要作用


三、人参皂苷中抗癌作用的活性配体鉴定


为了鉴定出潜在的人参皂苷中可与Ras蛋白直接作用的活性配体,亲和质谱法被应用到此研究中(Figure 3a)。最终发现三个与靶蛋白具有亲和性的化合物,分别为20(s)-PPD, 20(s)-Rh2 20(s)-Rg3。三者之中,20(s)-PPD不仅展现出最高的靶蛋白亲和力,并且是三个化合物的共有结构部分(Figure 3b)。证明20(s)-PPD在与Ras蛋白互作过程中起到至关重要的作用。


南开大学药学院白钢教授团队揭示人参皂苷抗癌机制 Figure 3 通过亲和质谱法对Ras蛋白活性配体的鉴定


四、配体与Ras蛋白的结合抑制了癌细胞活性和周期


细胞活性和周期实验被利用来判断出这三个人参皂苷配体的生物活性。三种配体分别被用来处理A549细胞系并记录半数抑制率。与之前的结果一致,三个配体由于与Ras蛋白的结合均表现出抑制癌细胞生长的作用,但是20(s)-PPD的作用最为显著(Figure 4)


南开大学药学院白钢教授团队揭示人参皂苷抗癌机制 Figure 4 三种人参皂苷配体抑制了癌细胞生长


综上所述,本文利用基于质谱的高通量蛋白质组学和修饰组学对人参皂苷的抗癌作用进行了更加细致的分子层面研究。不仅鉴定到了其抗癌过程中的核心靶蛋白Ras,而且发现了与Ras结合并直接影响的癌细胞生长活性的配体。这对人参皂苷的药效发挥有了更深层更具体的理解。除此之外,这项研究再一次证明了蛋白质组学以及修饰组学在传统中医药研究领域所提供的有力帮助及不可替代的重要性。


参考文献

Zhihua Wang, et al., 2019, Quantitative proteomics combine with affinity MS revealed the molecular mechanism of ginsenoside anti-tumor effects. Journal of Proteome Research. 



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