PROTAC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)靶向降解 BTK

PROTAC（Proteolysis-targeting chimera）是新興的利用化合物降解靶向蛋白的方法 ^[2]。PROTAC 技術(shù)利用細(xì)胞內(nèi)天然存在的蛋白降解途徑-泛素化蛋白酶體途徑（Ubiquitin proteasome pathway）來清除需要被降解的特異蛋白。細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)或功能異常的蛋白通過一系列酶（泛素化酶 E1，E2，E3）的作用，被標(biāo)記上多泛素化，隨之被轉(zhuǎn)移到蛋白酶體里進(jìn)行降解 ^[3]。一個(gè) PROTAC 分子包括兩個(gè)關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)域：與需要降解的靶蛋白特異結(jié)合的結(jié)構(gòu)域、與 E3 泛素化連接酶結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，二者通過特定的連接子相連（如圖1）。PROTAC 分子通過上述兩個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)域?qū)⑿枰�降解的蛋白與 E3 泛素化連接酶連接起來，從而實(shí)現(xiàn)靶蛋白的多泛素化和蛋白酶體降解。

圖1. PROTAC 技術(shù)示意圖

近期，有兩組科學(xué)家都利用 PROTAC 技術(shù)研制出了可以靶向降解 BTK 激酶的化合物，他們的研究成果分別發(fā)表在國際頂級(jí)期刊 PANS ^[4]和 Cell Research ^[5]。他們?cè)O(shè)計(jì)的靶向降解 BTK 的 PROTAC 分子結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，該 PROTAC 由結(jié)合 BTK 的配體、連接子（linker）和結(jié)合 CRBN（cereblon，E3 連接酶的重要組分，介導(dǎo) E3與底物結(jié)合）的配體構(gòu)成。

圖2. PROTAC 靶向 BTK 分子示意圖

    Adelajda Zorba 團(tuán)隊(duì)^[4]設(shè)計(jì)了擁有不同長度的連接子的靶向降解 BTK 的PROTACs 分子，并用 WesternBlot 檢測(cè)了細(xì)胞水平 PROTACs 對(duì) BTK 的降解效率，結(jié)果發(fā)現(xiàn) PROTACs 分子在 1h 左右的時(shí)間即可開始對(duì) BTK 有明顯的降解作用，且 BTK 的降解作用對(duì) PROTACs 分子有明顯的劑量依賴作用（圖3）。

圖3. PROTACs分子降解BTK

此外，他們還研究了連接子的長度對(duì)于 PROTACs 分子與靶蛋白及 E3 連接酶結(jié)合形成三元絡(luò)合物的效率關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)，較長的連接子對(duì)于三元絡(luò)合物的形成更有利（圖4）。 

圖4. 不同 linker 長度對(duì) BTK-PROTAC-E3 三元絡(luò)合物形成的影響

Yonghui Sun 團(tuán)隊(duì)[5]設(shè)計(jì)的 BTK 特異的 PROTAC 分子不僅可以靶向降解野生型的 BTK 蛋白，同時(shí)也可以高效的降解對(duì) Ibrutinib 耐受的突變型 BTK 蛋白（圖5），可以為 ibrutinib 耐受的 NHL 病人提供新的治療思路。

圖5. PROTAC 在多種細(xì)胞系中降解 BTK [5]

   PROTAC 利用細(xì)胞自身的蛋白質(zhì)降解機(jī)制-泛素化蛋白酶體途徑來靶向降解特定的蛋白，除了上述兩組科學(xué)家發(fā)表的成果，目前還在諸多其他蛋白（如BET、ER、AR等）的降解中取得了進(jìn)展。此外，PROTAC 技術(shù)可以很好地解決很多不可成藥（undruggable）的靶點(diǎn)如轉(zhuǎn)錄因子等的靶向降解問題，在以后的靶向治療中將會(huì)發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)

[1]  Davis, R. E. et al. Chronic Active B-cell-receptor Signalling in Diffuse Large B-cell Lymphoma. Nature 463, 88–92 (2010).

[2] Carmony KC, Kim KB.PROTAC-Induced Proteolytic Targeting

Methods MolBiol. 2012;832:627-38.

[3] RoetenMSF,et al. Positioning of proteasome inhibitors in therapy of solid malignancies.Cancer ChemotherPharmacol. 2018 Feb;81(2):227-243. 

[4]  Zorba A, et al.Delineating the role of cooperativity in the design of potent PROTACs for BTK.Proc Natl Acad Sci U S A. 2018Jul 31;115(31):E7285-E7292.

[5]  Sun Y, et al.PROTAC-induced BTK degradation as a novel therapy for mutated BTK C481S induced ibrutinib-resistant B-cell malignancies.

Cell Res. 2018Jul;28(7):779-781.

相關(guān)產(chǎn)品

E3 Ligase Ligand-Linker Conjugates 系列產(chǎn)品：

一種合成化合物，包含 E3 泛素連接酶配體與 PROTAC 連接物，可以將靶蛋白與泛素化機(jī)制結(jié)合起來。

Zanubrutinib：

一種有效的選擇性 Bruton's 酪氨酸激酶 (Btk) 抑制劑。Ibrutinib：選擇性，不可逆的 Btk 抑制劑，IC₅₀ 值為 0.5 nM。