英文原题：PROTAC Linkerology Leads to an Optimized Bivalent Chemical Degrader of Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) Components
通讯作者：Lindsey I. James 北卡罗来纳大学教堂山分校
供稿人：娄之正，北京大学
大家好，本期为大家介绍一篇发表在ACS Chemical Biology的文章“PROTAC Linkerology Leads to an Optimized Bivalent Chemical Degrader of Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) Components”。文章的通讯作者是来自北卡罗来纳大学教堂山分校的Lindsey I. James。在这篇文章中，作者报道了一种高效EED靶向的PRC2降解子UNC7700。UNC7700含有一种独特的顺式环丁烷连接基团，可有效降解PRC2组分EED (DC50 = 111 nM; Dmax = 84%)，
EZH2WT/EZH2Y641N (DC50 = 275 nM; Dmax = 86%)和SUZ12 (Dmax = 44%)。
图1. 一种高效EED靶向的PRC2降解子UNC7700
多梳抑制复合体2（Polycomb Repressive Complex 2, PRC2）包含三个核心亚基EED、SUZ12和EZH2，它们负责H3K27三甲基化（H3K27me3）修饰。由EZH2的过度表达或突变引起的H3K27me3修饰水平的增加与异常转录抑制相关，是某些肿瘤发展的重要标志之一。尽管已经报道了许多有效降低H3K27me3水平的小分子EZH2抑制剂，但是蛋白关键位点突变的出现会导致肿瘤对于小分子抑制剂耐药性的产生。因此，需要新的策略来对抗PRC2驱动的癌症。
此前，作者报道过一种EED靶向的PRC2降解子UNC6852，其招募VHL来降解弥漫大B细胞淋巴瘤（DLBCL）细胞中的PRC2亚基EED、EZH2和SUZ12。UNC6852也降低了H3K27me3修饰水平，并对于DLBCL细胞具有抗增殖作用。最近，还报道了其他EED和EZH2靶向降解剂（图2）。但是，蛋白降解和二元靶标结合、三元复合物形成和细胞中蛋白质表达水平之间缺乏明确的相关性，这使得降解子优化既困难又不可预测。
图2. EED靶向的PRC2降解子UNC7700具有更优的DC50
在本文中，作者报道了UNC6852的优化和第二代EED靶向的PRC2降解子UNC7700的开发，其具有独特的顺式环丁烷连接基团。在DB细胞中，UNC7700降解EED的能力比UNC6852高约15倍，并且可以在24小时后有效降解DLBCL细胞中PRC2的三个核心亚基。UNC7700还比UNC6852更有效地降低H3K27me3修饰水平，并显示出更强的抗增殖活性。此外，作者也探讨了顺式和反式环丁烷连接基团对二元靶标结合、细胞渗透性和三元复合物形成的影响，以更好地解释UNC6852、UNC7700和UNC7698之间降解效率的差异。
基于先前发展降解子UNC6852的结构，作者通过改变连接基团的结构设计合成了一系列PROTAC降解子，其结合EED和VHL的配体结构保持不变（图3A）。作者合成了含有顺式/反式环丁烷（UNC7327）、外消旋吡咯烷（UNC7701）、4-哌啶（UNC7326）、4-氟-哌啶（UNC7703）和3-哌啶（UNC 7702）连接基团的化合物，利用环结构来限制降解子的灵活性或在三元复合物形成时增加构象偏差。然后，作者用3 μM化合物处理DB细胞24小时后，通过蛋白质印迹分析PRC2核心亚基EED和EZH2WT/EZH2Y641N的降解程度（图3）。和UNC6852相比，含有顺式/反式-1,3-取代环丁烷作为连接基团的UNC7327降解子具有更优的降解效率。几种其他降解子，如UNC7741和UNC7326，也表现出稳定的EED和EZH2WT/EZH2Y641N降解效果。然而，对DB细胞的后续实验研究表明，这两种降解子在降解PRC2其他亚基时不如UNC6852。
图3. PRC2降解子的结构优化
考虑到UNC7327优良的降解效果，作者合成了含有顺式或反式环丁烷连接基团的降解子UNC7700和UNC7698以研究其降解活性（图4A）。接着，作者通过蛋白质印迹实验在DB细胞中测试了这两种化合物在不同浓度下对于靶标的降解能力（图4B, C）。有趣的是，虽然UNC7700对于EED，EZH2WT/EZH2Y641N和SUZ12都展现出明显的降解活性， UNC7698仅对于EED有一定的降解，而对于EZH2WT/EZH2Y641N和SUZ12没有显著的降解活性。
图4. UNC7700和UNC7698降解性能的比较
接下来，作者比较UNC7700和UNC7698对于H3K27me3修饰水平影响的差异。尽管UNC6852使得EED和EZH2WT/EZH2Y641N显着降解，但是在该浓度和时间处理下仅观察到H3K27me3修饰水平的小幅下降。相反，UNC7700对于EED和EZH2WT/EZH2Y641N降解完全，H3K27me3修饰水平降低了85%，表明UNC7700比UNC6852更为有效。尽管UNC7698对于EED的降解程度远远大于EZH2WT/EZH2Y641N，UNC7698对于H3K27me3水平几乎没有影响。小分子对照化合物EED226和UNC1999分别使H3K27me3水平降低63%和76%。接着，作者测试了UNC7700降解子在不同剂量下对DB细胞增殖活性的影响，发现其具有显著的增殖抑制活性，12天后EC50为0.79 ± 0.53 μM，9天后EC50为2.6 ± 1.9 μM（图5B）。与DMSO相比，0.5 μM UNC7700使细胞生长减少46%（图5C）。在这些条件下，UNC6852和UNC7698对细胞生长的影响不大，与DMSO处理的细胞相比，增殖分别降低了8%和12%。相比于小分子抑制剂EED226（减少24%）和UNC1999（减少28%），UNC7700具有更强的抗增殖作用（图5D）。
图5. UNC7700降低H3K27me3修饰水平并对于DB细胞具有抗增殖作用
总之，作者筛选具有不同连接基团的PRC2降解子并发现了一种高效的降解子UNC7700。有趣的是，作者观察到含有顺式-环丁烷连接基团的UNC7700除EED外还可以有效降解EZH2，而其反式异构体UNC7698对EED的降解选择性更高。文章中，作者也进一步研究了造成其降解活性差异的原因，并利用分子动力学模拟进行分析。此外，作者发现UNC7700对于EED，EZH2和SUZ12的降解几乎完全，引起H3K27me3修饰水平的显著降低，并且表现出比小分子抑制剂EED226和UNC1999更强的抗增殖活性。
转自：“ACS美国化学会”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
