利用RPPA技术平台进行临床药理学研究与靶向药物开发

癌症是世界范围内疾病负担的一个主要因素,预计全球癌症负担至少将在未来20年呈持续增长的状态。精准医学以基因组学为基础的功能多组学发展为导向,更关注精准用药的效应。蛋白作为药物(尤其是靶向药物)作用的关键对象,常常处于复杂的信号通路调控网络当中,只有在蛋白组学水平上的深度挖掘,才能更好地理解复杂的药物作用机理、临床耐药性机理以及寻找潜在的药物靶点和药物联合干预对象。反相蛋白微阵列(Reverse Phase Protein Array,RPPA)作为临床队列大规模样品高通量分析的独特技术平台,以药物作用相关关键信号通路及关键靶点为分析对象,从临床药物研究及药物开发各个角度和各个环节,全方位挖掘药物作用机理和临床耐药性机理、潜在生物标志物和药物靶点、潜在靶向药物组合等关键信息,能够充分满足药理研究和药物研发相关体外细胞模型、动物体内研究模型、临床患者队列等不同样品资源的大规模平行分析需要,是药物靶点发现、验证及药物相关临床转化医学研究的重要而不可或缺的技术平台。

RPPA是一种结合平面高精度大规模样品蛋白抗原微阵列打印和抗体检测的高通量蛋白组学技术,该平台由MD安德森个体化治疗中心(IPCT)创始人Gordon Mills博士一手打造,并作为The Cancer Genome Atlas (TCGA)的核心蛋白组学技术平台,承担了33种癌种、超过10000例临床样本的数据的采集与分析工作,其相关研究成果发表在Nature、Cell、Cancer Cell、New England Journal of Medicine、Nature Biotechnology等学术杂志的高水平论文多达500篇以上。

RPPA技术平台设计严谨精密,流程高度自动化,质量控制极其严格,每次进行样品蛋白抗原微阵列打印,都会将多种阳性标准细胞系样品与待分析样品一起进行点阵,确保实验结果的高度可追溯、高度可信度与可重复性。RPPA可在15毫克组织中(米粒大小)一次性分析多达500种以上低丰度蛋白,且抗体反应过程及靶点信号采集彼此独立,避免了不同靶标抗体反应之间的串扰及不同靶标丰度差异较大带来的信号采集无法兼容的问题,具有其它高通量蛋白组学所无可比拟的超高特异性和灵敏度,可以对大量细胞表面受体蛋白、细胞信号关键蛋白及蛋白修饰(磷酸化、乙酰化、甲基化等)、蛋白酶类、转录因子等各类代表性靶标进行分门别类的系统深度检测,也可根据需求定制所需研究的靶点蛋白进行分析,包括直接和间接的上下游蛋白网络分析。RPPA可应用于蛋白功能与调控机理分析、细胞信号转导全景扫描、肿瘤标志物及蛋白分子分型、药物靶标发现与药物机理分析等不同领域。

由Gordon Mills博士在MD安德森个体化治疗中心(IPCT)建立并主导的SMMART(Serial Measurement of Molecular and Architectural Responses to Therapy)临床药物试验策略,通过适应疗法来应对肿瘤进化,帮助癌症病人获得长久可持续的响应。而SMMART临床药物试验的开展,正是基于RPPA对大规模临床病人样品的多药物作用通路关键靶点的平行分析来提供关键数据。

尽管TCGA以及Pan-Cancer Atlas为临床肿瘤相关药理研究和药物研发提供了宝贵的第一手资料,然而临床医学研究者往往因缺乏生物信息学基础,而在处理这些大规模的具有巨大潜在价值的癌症数据时感到心有余而力不足。作为RPPA在中国唯一授权的技术服务平台,非因生物提供与TCGA完全相同的RPPA标准化大规模样品制备、点阵、检测及相关生物信息学联合分析全套解决方案,并提供个性化的附加靶点分析服务,为中国临床转化医学研究和药物研发提供独特而强大的技术平台支持。


RPPA分析服务涉及的药理研究与药物研发相关靶点基础:肿瘤(多癌种)相关信号转导/激酶组/药物靶点

肿瘤相关关键信号信号

    激酶组

  • 前期大量筛选获得的可成药靶点


RPPA分析服务涉及的药理研究与药物研发相关信号通路及部分代表性靶点

受体酪氨酸激酶(RTK)及下游信号通路与代表性靶点

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    细胞死亡信号通路与代表性靶点

  • 耐药性相关信号通路与代表性靶点

    DNA损伤与修复相关信号通路与代表性靶点

  • 免疫调节相关信号通路与代表性靶点

    TGF-β信号通路与代表性靶点

  • WNT信号通路与代表性靶点


应用案例

本研究使用RPPA技术平台在320种癌症细胞系对应样本(>12000个样本)对170种药物化合物的响应进行了评估,涉及210种临床药物相关蛋白。通过这个系统研究,整合紊乱的蛋白反应信号提供了对耐药性的机制见解,增加了对药物敏感性的预测能力,并有助于识别有效的药物组合。本研究建立了一个系统的“蛋白质-药物”连接地图,并开发了一个用户友好的社区使用的数据门户,为研究癌细胞的行为和治疗反应的依赖性提供了丰富的资源,从而使其具有广泛的生物医学应用范围。

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参考文献

PMID 参考文献 发表期刊 影响
因子
26725216 Long-Term ERK Inhibition in KRAS-Mutant Pancreatic Cancer Is Associated with MYC Degradation and Senescence-like Growth Suppression Cancer Cell 26.602
30537514 Resistance to epigenetic-targeted therapy engenders tumor cell vulnerabilities associated with enhancer remodeling Cancer Cell 26.602
30777870 Targeting DNA damage response promotes anti-tumor immunity through STING-mediated T-cell activation in small cell lung cancer Cancer Discov 26.37
31649109 Atypical KRASG12R Mutant Is Impaired in PI3K Signaling and Macropinocytosis in Pancreatic Cancer Cancer Discov 26.37
31658955 The KRASG12C Inhibitor, MRTX849, Provides Insight Toward Therapeutic Susceptibility of KRAS Mutant Cancers in Mouse Models and Patients Cancer Discov 26.37
33157050 ILarge-Scale Characterization of Drug Responses of Clinically Relevant Proteins in Cancer Cell Lines Cancer Cell 24.722
30867319 ZEB1 suppression sensitizes KRAS mutant cancers to MEK inhibition by an IL17RD-dependent mechanism Sci Transl Med 17.953
28389531 CHK1-targeted therapy to deplete DNA replication-stressed, p53-deficient, hyperdiploid colorectal cancer stem cells Gut 17.016
31068440 Metabolic reprogramming toward oxidative phosphorylation identifies a therapeutic target for mantle cell lymphoma Science Translational Medicine 16.89
32907612 Loss of FBXW7-mediated degradation of BRAF elicits resistance to BET inhibitors in adult T cell leukemia cells. Mol Cancer 15.302
27268264 Atg7 suppression enhances chemotherapeutic agent sensitivity and overcomes stroma-mediated chemoresistance in acute myeloid leukemia Blood 15.132
29101238 Glucocorticoid resistance is reverted by LCK inhibition in pediatric T-cell acute lymphoblastic leukemia Blood 15.132
30093402 Molecular profiling reveals immunogenic cues in anaplastic large cell lymphomas with DUSP22 rearrangements Blood 15.132
23154546 A Pilot Characterization of Human Lung NSCLC by Protein Pathway Activation Mapping J Thorac Oncol 13.375
33008901 High-throughput small molecule screening reveals Nrf2-dependent and -independent pathways of cellular stress resistance Sci Adv 13.116
28653662 CDK4/6 and autophagy inhibitors synergistically induce senescence in Rb positive cytoplasmic cyclin E negative cancers Nat Commun 12.121
30143629 SIRT6 haploinsufficiency induces BRAFV600E melanoma cell resistance to MAPK inhibitors via IGF signalling Nat Commun 11.878
32826891 GLUT1 inhibition blocks growth of RB1-positive triple negative breast cancer Nat Commun 11.878
34741023 Neoadjuvant T-DM1/pertuzumab and paclitaxel/trastuzumab/pertuzumab for HER2+ breast cancer in the adaptively randomized I-SPY2 trial Nat Commun 11.878
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