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原癌基因Ras 控制多种细胞内通路，具有四种主要亚型 (KRAS4A、KRAS4B、HRAS 和 NRAS)，具有高度的序列同源性和相似的体外生物化学特性。
由于它们与不同癌症的关联各不相同，人们对独立研究它们的作用有浓厚的兴趣，但 Ras 异构体特异性结合试剂很少，因为唯一显著的序列差异在于它们无序且高度带电的 C 端，而这些 C 端很难引发机体产生抗体。
为了克服这一限制，华盛顿大学大卫贝克（David Baker）团队使用基于深度学习的方法从头设计针对 KRAS4A、KRAS4B 和 NRAS 的 Ras 异构体特异性结合剂 (RIB)，而且是专门针对 Ras C 端的。
RIB 在体外和细胞内均能以显著的特异性与其靶标 Ras 亚型结合，破坏其膜定位并抑制 Ras 活性。因此，这些工具有助于剖析 Ras 亚型在生物学和疾病中的独特作用。
该研究以「De novo design of Ras isoform selective binders」为题，于 2024 年 8 月 30 日发布在bioRxiv预印平台。
Ras 家族 GTPases 调节丝裂原活化蛋白激酶 (MAPK) 和其他对细胞生长和存活至关重要的细胞内信号通路，Ras 突变在许多人类癌症中很常见。四种主要的 Ras 亚型——KRAS4A、KRAS4B、HRAS 和 NRAS——具有高度序列同源性和相似的生化特性。
尽管它们有相似之处，但这些亚型在不同癌症中存在不同的突变，在耐药性中发挥不同的作用，并且由于它们不同的无序和高度带电的 C 末端而具有不同的亚细胞位置。
虽然 Ras GTPases 的结构部分在主要 Ras 亚型中具有 90% 的序列同源性，但 C 末端的同源性仅为 8%。所有亚型都可以定位到质膜，但是 NRAS、HRAS 和 KRas4A 在其高变 C 末端可逆地棕榈酰化，从而实现内膜定位。
开发 Ras 异构体特异性抗体的挑战
开发 Ras 异构体特异性抗体一直是一项挑战；现有的抗体在免疫印迹实验中通常会产生多条带，不足以进行免疫染色等更灵敏的检测。
尽管对不同 Ras 异构体进行了数十年的研究，但由于缺乏异构体选择性分子工具（例如选择性亲和试剂），它们的具体信号传导活动和功能作用仍然不清楚，这使得精确的功能研究变得复杂。
蛋白质设计领域的最新进展使得研究人员能够设计针对各种蛋白质靶标的结合物。
设计 Ras 异构体特异性结合物需要针对无序且高度带电的 Ras C 端，因为它是 Ras 异构体之间唯一不同的区域。由于粘合剂相互作用与水相互作用的生化挑战，针对高度极性的天然蛋白质区域（例如，KRAS4B 是 86% 极性残基、63% 带电残基）一直很困难。
从头设计新方法
针对高极性域所带来的另一个挑战是结合增强氢键或盐桥所需的精确性质，如果做不到这一点就会导致相当大的焓损失。
贝克团队推断，最近开发的用于设计内在无序区域结合物的方法，可以设计出优于目前可用抗体的 Ras 异构体特异性结合物。这些试剂可以成为剖析不同异构体在细胞功能和疾病中的作用的宝贵工具。
