蛋白质组学

PROTAC技术的小分子降解剂类型概况

 近年来,PROTAC技术以其可靶向传统“不可成药”蛋白的独特优势而备受医药研发人员的关注。目前对PROTACs技术的突破主要集中在对于E3连接酶类型的改变,使PROTACs由肽类向小分子转变。泛素连接酶E3是一个蛋白家族,泛素化修饰的失调会给生命体带来一系列负面影响,严重者将导致疾病,甚至危及生命,泛素连接酶E3是泛素化修饰反应中底物特异性的直接决定者,其机制研究不仅可揭示蛋白质质量控制和生命活动功能的奥秘,也将为疾病关联失调蛋白的精准调控和精准医学实践提供技术支撑。

PROTAC技术可以将小分子抑制剂与E3 泛素连接酶的配体通过连接链进行连接,形成一种靶向诱导蛋白降解联合体。在生物体内, PROTAC技术的小分子抑制剂部分可以识别靶白,E3 的配体部分可以识别E3 泛素连接酶,从而将靶蛋白与E3 泛素连接酶拉近,使E2 泛素结合酶上的泛素转移至靶蛋白上,将目标蛋白泛素化,然后通过泛素-蛋白酶体途径使底物蛋白降解。

为了拓展PROTAC技术在药物研发中的应用范围,寻找E3 泛素连接酶的小分子配体是一个重要的突破口。今天我们来盘点一下,文献中报道的E3 泛素连接酶的配体有哪些?

1、MDM2

鼠双微体(murine double minute,MDM)家族在肿瘤发生、发展中具有重要作用,尤其是在p53的调节中发挥重要作用。MDM家族中MDM2以及与其相似的MDMX研究较多,2008年,第一个完整意义上的小分子PROTACs出现。有研究者报道了E3 泛素连接酶(MDM2)的配体nutlin 与雄激素受体抑制剂连接的PROTAC,可以观察到雄激素受体的部分降解。

MDM2及MDMX原癌基因蛋白能够抑制p53、p73,可能还有p63。MDM2和MDMX能够影响p53靶基因的特异性,改变其他转录因子的活性,同时MDM2本身可通过染色质翻译后修饰,转变为转录协同因子。MDM2蛋白含有数个功能结构域,这些结构域为MDM2的致瘤特性提供结构上的支持,尤其是N7端p53连接域在与肿瘤抑制蛋白p53的连接及抑制p53转录活性中起重要作用。此外,其c’端的环指结构域与MDM2的E3泛素连接酶的活性相关,能够招募泛素结合酶E2,从而促进泛素化、降解目的蛋白。

泛素化和降解p53是MDM2负性调节p53的主要途径,因此MDM2的泛素连接酶活性可作为p53活化的一个靶点。在肿瘤细胞中,特异性针对MDM2的泛素连接酶活性的小分子抑制剂能够激活p53信号通路、诱导p53依赖的细胞凋亡。

药物化学研究的最终目的是发现新的药物分子,美迪西药物化学部建立了PROTAC药物发现技术平台,汇总了当前流行的热门的靶标蛋白配体, 建立广泛的热门靶向蛋白高度亲和力小分子及小分子片段化合物库(TPSM),广泛的E3连接酶高度亲和力的小分子及小分子片段(E3SM),建立了linker系统,包括收集了大量具有广泛多样性的双官能团连接体(BF-Linker)。

2、cIAP

IAP E3家族蛋白都含有一个或几个BIR结构域,能够抑制凋亡。2010年,Hashimoto等使用乌苯美司酯(Bestatin eaters,MeBS)与全反式维甲酸(ATRA)结合,设计了基于cIAPl E3的PROTACs。抑癌基因失活和细胞凋亡紊乱参与了细胞的恶性转化以及肿瘤的进展在肿瘤细胞逃避机体免疫监督过程中发挥着至关重要的作用,且与肿瘤耐受放化疗以及术后复发均存在密切关系。凋亡抑制蛋白(clAP) 属于凋亡抑制因子家族成员之一,其可通过抑制半胧氨酸天冬氨酸蛋白酶7( Caspase-7 )以及Caspase-9 等的活性,进一步达到抑制细胞凋亡的目的。

3、VHL

VHL 最经典的功能是作为ECV(Elongin B/C,Cullen-2,VHL)E3 泛素连接酶复合物的底物识别亚基促进HIF-α的降解。研究者Crews等设计并改造了E3 泛素连接酶(VHL)的配体,发现了具有高亲和力的VHL 配体。利用这类VHL 小分子配体,Crews 等报道了雌激素相关受体α(ERRα)和RIPK2 的PROTAC 分子(PROTAC_ERRα 和PROTAC RIPK2),均能在细胞水平观察到相应靶蛋白的降解。其中,PROTAC RIPK2 的浓度为10 nM 时,靶蛋白基本完全降解,并具有较高的选择性。

4、CRBN

2015 年,Bradner 课题组和Crews 课题组分别报道了利用E3 泛素连接酶(CRBN)的配体(度胺类药物)与BRD4 的抑制剂JQ1,设计双功能分子dBET1 和ARV-825 的方法。羟脑苷脂(CRBN)是一种具有离子蛋白酶活性的大脑相关蛋白,CRBN与DDBl、Cul4、RoCl相互作用形成功能性CRBN—CRL4,该复合体通过调节DNA修复、复制和转录作用参与细胞周期调节、胚胎发育和癌变。在该复合物中,CRBN作为CRBN—CRL4的底物受体,结合底物后使底物蛋白通过泛素一蛋白酶体途径进行蛋白水解。

虽然目前PROTAC技术已经发展迅速,但是在应用过程中面临着E3泛素连接酶的配体较少的挑战。因此寻找“不可成药”蛋白质的合适配体、发现更多的E3连接酶类型是扩大PROTACs应用领域的必由之路。
 

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