ACS Chem. Biol. | 开发基于可逆PROTAC分子的胞内蛋白降解策略

英文原题：Reversible Assembly of Proteolysis Targeting Chimeras

作者：Weijun Gui, Sarah F. Giardina, Madeline Balzarini, Francis Barany*, and Thomas Kodadek*

供稿人：毕云鹏 北京大学

大家好，今天为大家介绍一篇ACS Chemical Biology文章，题目为“Reversible Assembly of Proteolysis Targeting Chimeras”，文章的通讯作者是来自佛罗里达大学的Thomas Kodadek教授和来自康奈尔大学的Francis Barany教授。本文中，作者设计了一系列能够在细胞内实现可逆共价连接的蛋白降解靶向嵌合体（SAPTAC）分子，其与传统的蛋白降解靶向嵌合体（PROTAC）分子相比不再表现出钩状效应，证明了这一策略在细胞内实现靶向蛋白降解的可行性。

图1. SAPTAC策略示意图

对于传统的PROTAC分子而言，其使用的过程中往往会表现出钩状效应，即当PROTAC分子的浓度达到某一特定值后，进一步增加其浓度反而会降低靶蛋白的降解效率，而这一效应也在一定程度上限制了PROTAC分子在活体和临床研究中的应用。基于这一背景，作者提出了一种自组装蛋白降解靶向嵌合体（Self-assembled Proteolysis TArgeting Chimeras, SAPTAC）的设计策略（图1），将PROTAC分子拆分为与靶蛋白和E3泛素连接酶结合的两部分，且两部分间能通过可逆反应实现共价连接，从而实现消除钩状效应。而基于先前的研究，作者认为KD值在μM到mM水平的可逆反应即可以实现其目标。此外，作者选择了VHL作为其降解的靶蛋白，因为在先前的研究中曾证明过小分子诱导的VHL二聚可实现其在细胞内的降解。

图2. 基于硼酸酯反应的SAPTAC分子设计和验证

基于上述设计，作者首先选择了KD值接近1 mM的苯硼酸与儿茶酚间可逆生成硼酸酯的反应来实现VHL的靶向降解（图1）。在合成并筛选了一系列小分子，并将共价PROTAC分子CM11作为对照后，作者筛选出了修饰有苯硼酸的WJ504分子和修饰儿茶酚的WJ510分子，证明了这两种分子的共同作用下可有效实现VHL的胞内靶向降解，且某一种分子的单独作用下无法实现降解。进一步研究表明，两种分子内修饰基团的结构也能够显著地影响降解效率。

图3.基于生成肟的可逆反应的SAPTAC分子设计和验证

接下来，作者进一步探究了使用KD值接近10 μM并生成肟的可逆反应能否进一步提高SAPTAC的效率。通过筛选，作者得到了WJ571和WJ564两种小分子，能够实现细胞内超过80%的pVHL30分子降解，证明了利用这一KD值更低的可逆反应能够在一定程度内提高降解效率。此外，这一对分子也未表现出明显的钩状效应。作者也同时通过对这一降解过程动力学和热力学进行研究，证明了SAPTAC中的两种小分子通过可逆共价结合实现了对把蛋白的降解。

图4.基于生成肟的共价的PROTAC分子设计和验证

最后，作者直接对SAPTAC和PROTAC进行了比较（图4）。作者合成了能够共价生成稳定肟结构的WJ555与WJ564分子，并将其作为PROTAC分子用于胞内VHL降解。结果表明，这一对分子在高浓度下表现出了明显的钩状效应，并从侧面证明了细胞内源的邻二醇、醛类物质与SAPTAC分子间的副反应在一定程度上反而会提高细胞内的VHL降解效率。

总而言之，本文中作者提出了一种基于可逆反应的SAPTAC策略，通过细胞内原位的共价连接实现靶蛋白的降解，且相比于传统的PROTAC而言，这一策略能够明显地消除钩状效应。而本文也仅是证明了SAPTAC的可行性，作者也在文中指出，通过对小分子的透膜性测定结果表明SAPTAC分子相比于先前发展的PROTAC分子并未改善其通过细胞膜的能力，从而在一定程度上提高了其DC50值。在接下来的工作中，作者将进一步聚焦于改善SAPTAC组分的理化性质，并发展能够实现同源可逆二聚化的SAPTAC组分。

转自：“ACS美国化学会”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！