PROTAC技術(shù)的小分子降解劑類型概況

 近年來，PROTAC技術(shù)以其可靶向傳統(tǒng)“不可成藥”蛋白的獨特優(yōu)勢而備受醫(yī)藥研發(fā)人員的關(guān)注。目前對PROTACs技術(shù)的突破主要集中在對于E3連接酶類型的改變，使PROTACs由肽類向小分子轉(zhuǎn)變。泛素連接酶E3是一個蛋白家族，泛素化修飾的失調(diào)會給生命體帶來一系列負面影響,嚴重者將導(dǎo)致疾病,甚至危及生命，泛素連接酶E3是泛素化修飾反應(yīng)中底物特異性的直接決定者,其機制研究不僅可揭示蛋白質(zhì)質(zhì)量控制和生命活動功能的奧秘,也將為疾病關(guān)聯(lián)失調(diào)蛋白的精準調(diào)控和精準醫(yī)學(xué)實踐提供技術(shù)支撐。

PROTAC技術(shù)可以將小分子抑制劑與E3 泛素連接酶的配體通過連接鏈進行連接,形成一種靶向誘導(dǎo)蛋白降解聯(lián)合體。在生物體內(nèi), PROTAC技術(shù)的小分子抑制劑部分可以識別靶白,E3 的配體部分可以識別E3 泛素連接酶,從而將靶蛋白與E3 泛素連接酶拉近,使E2 泛素結(jié)合酶上的泛素轉(zhuǎn)移至靶蛋白上,將目標蛋白泛素化,然后通過泛素-蛋白酶體途徑使底物蛋白降解。

為了拓展PROTAC技術(shù)在藥物研發(fā)中的應(yīng)用范圍,尋找E3 泛素連接酶的小分子配體是一個重要的突破口。今天我們來盤點一下，文獻中報道的E3 泛素連接酶的配體有哪些？

1、MDM2

鼠雙微體(murine double minute，MDM)家族在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中具有重要作用，尤其是在p53的調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。MDM家族中MDM2以及與其相似的MDMX研究較多，2008年，第一個完整意義上的小分子PROTACs出現(xiàn)。有研究者報道了E3 泛素連接酶(MDM2)的配體nutlin 與雄激素受體抑制劑連接的PROTAC,可以觀察到雄激素受體的部分降解。

MDM2及MDMX原癌基因蛋白能夠抑制p53、p73，可能還有p63。MDM2和MDMX能夠影響p53靶基因的特異性，改變其他轉(zhuǎn)錄因子的活性，同時MDM2本身可通過染色質(zhì)翻譯后修飾，轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)錄協(xié)同因子。MDM2蛋白含有數(shù)個功能結(jié)構(gòu)域，這些結(jié)構(gòu)域為MDM2的致瘤特性提供結(jié)構(gòu)上的支持，尤其是N7端p53連接域在與腫瘤抑制蛋白p53的連接及抑制p53轉(zhuǎn)錄活性中起重要作用。此外，其c’端的環(huán)指結(jié)構(gòu)域與MDM2的E3泛素連接酶的活性相關(guān)，能夠招募泛素結(jié)合酶E2，從而促進泛素化、降解目的蛋白。

泛素化和降解p53是MDM2負性調(diào)節(jié)p53的主要途徑，因此MDM2的泛素連接酶活性可作為p53活化的一個靶點。在腫瘤細胞中，特異性針對MDM2的泛素連接酶活性的小分子抑制劑能夠激活p53信號通路、誘導(dǎo)p53依賴的細胞凋亡。

藥物化學(xué)研究的最終目的是發(fā)現(xiàn)新的藥物分子，美迪西藥物化學(xué)部建立了PROTAC藥物發(fā)現(xiàn)技術(shù)平臺，匯總了當前流行的熱門的靶標蛋白配體, 建立廣泛的熱門靶向蛋白高度親和力小分子及小分子片段化合物庫（TPSM），廣泛的E3連接酶高度親和力的小分子及小分子片段（E3SM），建立了linker系統(tǒng),包括收集了大量具有廣泛多樣性的雙官能團連接體（BF-Linker）。

2、cIAP

IAP E3家族蛋白都含有一個或幾個BIR結(jié)構(gòu)域，能夠抑制凋亡。2010年，Hashimoto等使用烏苯美司酯(Bestatin eaters，MeBS)與全反式維甲酸(ATRA)結(jié)合，設(shè)計了基于cIAPl E3的PROTACs。抑癌基因失活和細胞凋亡紊亂參與了細胞的惡性轉(zhuǎn)化以及腫瘤的進展在腫瘤細胞逃避機體免疫監(jiān)督過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，且與腫瘤耐受放化療以及術(shù)后復(fù)發(fā)均存在密切關(guān)系。凋亡抑制蛋白(clAP) 屬于凋亡抑制因子家族成員之一，其可通過抑制半朧氨酸天冬氨酸蛋白酶7( Caspase-7 )以及Caspase-9 等的活性，進一步達到抑制細胞凋亡的目的。

3、VHL

VHL 最經(jīng)典的功能是作為ECV(Elongin B/C,Cullen-2,VHL)E3 泛素連接酶復(fù)合物的底物識別亞基促進HIF-α的降解。研究者Crews等設(shè)計并改造了E3 泛素連接酶(VHL)的配體,發(fā)現(xiàn)了具有高親和力的VHL 配體。利用這類VHL 小分子配體,Crews 等報道了雌激素相關(guān)受體α(ERRα)和RIPK2 的PROTAC 分子(PROTAC_ERRα 和PROTAC RIPK2),均能在細胞水平觀察到相應(yīng)靶蛋白的降解。其中,PROTAC RIPK2 的濃度為10 nM 時,靶蛋白基本完全降解,并具有較高的選擇性。

4、CRBN

2015 年,Bradner 課題組和Crews 課題組分別報道了利用E3 泛素連接酶(CRBN)的配體(度胺類藥物)與BRD4 的抑制劑JQ1,設(shè)計雙功能分子dBET1 和ARV-825 的方法。羥腦苷脂(CRBN)是一種具有離子蛋白酶活性的大腦相關(guān)蛋白，CRBN與DDBl、Cul4、RoCl相互作用形成功能性CRBN—CRL4，該復(fù)合體通過調(diào)節(jié)DNA修復(fù)、復(fù)制和轉(zhuǎn)錄作用參與細胞周期調(diào)節(jié)、胚胎發(fā)育和癌變。在該復(fù)合物中，CRBN作為CRBN—CRL4的底物受體，結(jié)合底物后使底物蛋白通過泛素一蛋白酶體途徑進行蛋白水解。

雖然目前PROTAC技術(shù)已經(jīng)發(fā)展迅速，但是在應(yīng)用過程中面臨著E3泛素連接酶的配體較少的挑戰(zhàn)。因此尋找“不可成藥”蛋白質(zhì)的合適配體、發(fā)現(xiàn)更多的E3連接酶類型是擴大PROTACs應(yīng)用領(lǐng)域的必由之路。