Cell重磅丨不依赖泛素蛋白酶降解途径的新型PROTACMC

　　上述分子的体现了降解剂的结构与应用类型的丰富性，但降解剂类分子的合理设计与不断优化以及活性检测仍有很长的路要走。
　　钟模型与协同效应
　　前文我们已经介绍过，PROTAC分子的设计之初，靶蛋白配体、E3连接酶配体和两者中间的连接子三者应该分别考量。
　　在PROTAC介导的蛋白降解途径中，其中靶标配体（POI）PROTACE3连接酶等三元复合物的有效形成同样起到重要作用。三元复合物的任一单元的浓度改变带来的不仅仅是线性变化，钟形模型常常被用来解释这样的活性与浓度相关性，文献中提及的hookeffect也正是形容这种情形。
　　另外，在活性研究中，协同效应（cooperativity，）这一词汇，被用于解释PROTAC受POI与E3连接酶配体间蛋白蛋白相互作用（PPI）的影响。当大于1时，POI和E3是正协同效应，对三元复合物的形成有利。
　　图1。PROTAC降解能力的钟形模型与协同效应示意图〔1〕
　　不依赖泛素蛋白酶的降解体系
　　1。依赖溶酶体途径的降解类分子
　　PROTAC主要依赖泛素蛋白酶体途径，其对应降解的大多为胞质蛋白与核蛋白。Bertozzi教授的研究团队报道了一项靶向胞外蛋白的降解技术溶酶体靶向嵌合体（LYTAC）。已证明LYTAC成功降解了表皮生长因子受体（EGFR）、程序性死亡配体1（PDL1）等膜上蛋白。
　　对于细胞中一些非蛋白成分，TargetinglipiddropletsforautophagicdegradationbyATTEC一文展示了一种通过自噬束缚化合物（ATTECs）降解非蛋白质生物分子的新策略，使用脂滴作为示例靶标并成功降解。
　　图2。ATTECs对脂滴的降解〔5〕
　　LDATTECs通过疏水作用与LD以及自噬体蛋白LC3结合，形成LDTAGLDATTECLC3三元复合物，复合物与自噬体溶酶体融合并最终被自噬体降解。
　　但不论是PROTAC还是上述其他方式，它们都靶向真核生物细胞内物质的降解，均不能在细菌和其他原核生物中发挥功能。
　　2。依赖ClpCP酶的BacPROTAC
　　今年6月，Morreale团队等人在Cell发表的BacPROTACsmediatetargetedproteindegradationinbacteria一文报道了一种用于革兰氏阳性菌和分枝杆菌靶向蛋白降解的创新技术，BacPROTAC。
　　他们基于Clausen实验室之前的一项发现：在枯草芽孢杆菌和其他革兰氏阳性菌中，AAA去折叠酶ClpC和蛋白酶ClpP组成的ClpCClpP（ClpCP）蛋白酶是降解细菌中未折叠和聚集蛋白质的重要蛋白水解酶。由于磷酸精氨酸的对接位点位于ClpCATP酶的氨基末端结构域，磷酸精氨酸（pArg）可作为ClpCP蛋白酶复合体的降解标签。
　　Morreale等人报道的细菌PROTACs（BacPROTACs）由POI配体、Linker和ClpCNTDs配体组成，可诱导细菌这种没有泛素蛋白酶体的非真核生物蛋白的体内外降解。如图3A，研究团队在体外首先以单体链霉亲和素（mSA）作为模型蛋白，通过BacPROTAC将pArg（ClpCNTD配体）与生物素（mSA的配体）结合，形成BacPROTAC1三元复合物，有效降解靶蛋白。BacPROTAC1与mSA和ClpCNTD结合的KD为3。9和2。8M（如图3C）。
　　图3。BacPROTAC1对枯草芽孢杆菌ClpCP的体外重编程〔6〕
　　由于磷精氨酸的化学稳定性等方面存在问题，在体内的应用有限。作者团队将内源性的磷酸化精氨酸残基（pArg）换成了高选择性的sCym1。sCym1不但可以和枯草芽孢杆菌的ClpCP结合，还可以与分歧杆菌的ClpC1P1P2结合。
　　图4。BacPROTACs对分枝杆菌ClpC1P1P2进行重编程〔6〕
　　由于细胞生物素会竞争性与mSA结合，一定程度上阻碍BacPROTAC活性（图5），作者团队确定以Bromodomain1（BD1）作为更吸引人的模型底物，并将JQ1作为新的POI配体，天然环素dCymM作为ClpCNTD结合基团。BacPROTACs以浓度依赖性的方式促进BRDTBD1的降解。
　　图5。BacPROTACs可以对分枝杆菌ClpC1P1P2进行重编程〔6〕
　　上：BRDTBD1directedBacPROTACs：通过不同的Linker和连接位点连接JQ1到dCymM。下：分枝杆菌ClpC1P1P2与BD1孵育后降解的SDSPAGE分析。
　　总之，如图6所示：PROTACs通过招募E3连接酶来诱导蛋白质降解，E3连接酶使得靶蛋白贴上泛素化标签，最后蛋白酶体降解泛素化的蛋白质。
　　BacPROTACs以高度特异的方式将细菌ClpCP蛋白酶定向到底物上，它不但可以诱导底物和蛋白酶之间的接近，并且通过结合诱导无活性的ClpCP十聚体重组为有活性的六聚体形式，直接启动ClpCP水解靶标蛋白。
　　图6。蛋白质降解的异双功能方法〔5〕
　　没有Linker的降解剂？
　　在降解剂分类里，分子胶（Molecularglues）指同样发挥诱导蛋白降解作用却无Linker连接的一类分子，如Thalidomide、CC92480、CC90009等结构。分子胶在结构上更接近传统小分子，在膜透过性和生物利用度上更具优势，是PROTAC型降解剂的一个改造方向。
　　图7。分子胶的种类与降解剂类分子胶结构
　　降解能力评价
　　降解剂的最终目的是降解相关的蛋白，无论是依赖泛素酶途径的PROTAC，依赖蛋白酶体途径的LYTAC，依赖（ClpCP）蛋白酶的BacPROTAC。除Kd值测定之外，WesternBlot实验在验证蛋白降解方面更为直观，因此常常被用于PROTAC类分子活性的测试。
　　图8。靶蛋白与WesternBlot实验结果〔9〕
　　总结
　　PROTAC已经衍生出一类POI配体Linker降解系统导向物模式的分子，这类分子补足了PROTAC作为降解剂在某些蛋白与非蛋白分子降解上的不足，赋予了降解剂这一概念更多的可能性。除了分子自身作用机制带来活性测试结果上与常规分子的差异，合适的降解途径对活性的影响尤其巨大。
　　MCE是全球前沿的科研化学品和生物活性化合物供应商，可以为科学家提供PROTAC类相关产品，目前我们已有PROTAC、AUTAC、ATTEC、分子胶以及它们的构成模块等各种产品在线。同时，我们还提供PROTAC类产品的一体化合成服务。
　　ATTECLC3mHTTINAN2
　　LC3mHTTINAN2（CompoundAN2）是一种mHTTLC3连接化合物，LC3mHTTINAN2与突变型亨廷顿蛋白（mHTT）和LC3B相互作用，但不与wtHTT或无关的对照蛋白相互作用。LC3mHTTINAN2以等位基因选择性的方式降低了亨廷顿病（HD）小鼠神经元中mHTT水平。LC3mHTTINAN1
　　LC3mHTTINAN1（CompoundAN1）是一种mHTTLC3连接化合物，LC3mHTTINAN1与突变型亨廷顿蛋白（mHTT）和LC3B相互作用，但不与wtHTT或无关的对照蛋白相互作用。LC3mHTTINAN1以等位基因选择性的方式降低了亨廷顿病（HD）小鼠神经元中mHTT水平。
　　AUTACAUTAC1
　　AUTAC1是一种MetAP2靶向自噬介导降解体（AUTAC）。AUTACs包含一个降解标签和一个弹头确保靶向特异性。AUTAC1包含一个FBnG和一个Fumagillol部分。Fumagillol共价结合到MetAP2上。AUTAC2
　　AUTAC2是一种FKBP12靶向自噬介导降解体（AUTAC）。AUTAC2包含一个FBnG和SLF部分，其中SLF与FKBP12非共价结合。
　　MolecularGluesMezigdomide
　　Mezigdomide（CC92480）是一种cereblonE3泛素连接酶调节药物（CELMoD），以分子胶的方式作用。Mezigdomide与cereblon有较强的亲和力，具有抗骨髓瘤活性。Eragidomide
　　Eragidomide（CC90009）是首创的GSPT1选择性cereblon（CRBN）E3连接酶调节剂，以分子胶的方式作用。Eragidomide通过CRL4CRBN选择性靶向GSPT1进行泛素化和蛋白酶体降解。FPFT2216
　　FPFT2216是一种分子胶化合物，可降解磷酸二酯酶6D（PDE6D）、锌指转录因子Ikaros（IKZF1）、Aiolos（IKZF3）和酪蛋白激酶1（CK1）。FPFT2216可用于癌症和炎症疾病的研究。
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　　参考文献
　　1。JinJ，WuY，ChenJ，ShenY，ZhangL，ZhangH，ChenL，YuanH，ChenH，ZhangW，LuanX。ThepeptidePROTACmodality：anovelstrategyfortargetedproteinubiquitination。Theranostics。2020Aug8；10（22）：1014110153。
　　2。FischerF，AlvesAvelarLA，MurrayL，KurzT。DesigningHDACPROTACs：lessonslearnedsofar。FutureMedChem。2022J14（3）：143166。
　　3。PetterssonM，CrewsCM。PROteolysisTArgetingChimeras（PROTACs）Past，presentandfuture。DrugDiscovTodayTechnol。2019A31：1527。
　　4。AhnG，BanikSM，MillerCL，RileyNM，CochranJR，BertozziCR。LYTACsthatengagetheasialoglycoproteinreceptorfortargetedproteindegradation。NatChemBiol。2021S17（9）：937946。
　　5。FuY，LuB。TargetinglipiddropletsforautophagicdegradationbyATTEC。Autophagy。2021D17（12）：44864488。
　　6。MorrealeFE，KleineS，LeodolterJ，JunkerS，HoiDM，OvchinnikovS，OkunA，KleyJ，KurzbauerR，JunkL，GuhaS，PodlesainskiD，KazmaierU，BoehmeltG，WeinstablH，RumpelK，SchmiedelVM，HartlM，HaselbachD，MeinhartA，KaiserM，ClausenT。BacPROTACsmediatetargetedproteindegradationinbacteria。Cell。2022Jun1：S00928674（22）005931。
　　7。SchreiberSL。TheRiseofMolecularGlues。Cell。2021J184（1）：39。
　　8。LiZ，WangC，WangZ，ZhuC，LiJ，ShaT，MaL，GaoC，YangY，SunY，WangJ，SunX，LuC，DifigliaM，MeiY，DingC，LuoS，DangY，DingY，FeiY，LuB。AlleleselectiveloweringofmutantHTTproteinbyHTTLC3linkercompounds。Nature。2019N575（7781）：203209。
　　9。Grohmann，C。，Magtoto，C。M。，Walker，J。R。etal。DevelopmentofNanoLuctargetingproteindegradersandauniversalreportersystemtobenchmarktagtargeteddegradationplatforms。NatCommun。2022A13：2073。