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本文结合文献与专利介绍一下近期E3新配体的开发现状。这次首先讲一下DCAF1。 DCAF1生物学背景 DCAF1（也称为VprBP）是一个多功能的E3泛素连接酶底物受体，参与调控多种细胞过程。它是Cullin-RING连接酶（CRL）家族的一部分，特别是CRL4连接酶复合物的一部分。DCAF1在细胞周期、细胞生长和细胞分裂中起着重要作用，并且与某些癌症的发展有关。此外，DCAF1还在葡萄糖剥夺条件下通过失活Rheb-mTORC1途径促进癌细胞存活。在低葡萄糖条件下，DCAF1增强了Rheb的K48链多聚泛素化和蛋白酶体依赖性降解，从而抑制mTORC1活性，诱导自噬，并促进癌细胞在葡萄糖剥夺条件下的存活。DCAF1 也是一些病原体（如 HIV 和 SIV）的靶点，这些病原体通过劫持 DCAF1 的功能来抑制宿主免疫反应。 由于 DCAF1 在细胞生理和病理过程中的重要作用，它被认为是靶向蛋白质降解 (TPD) 领域的一个新兴的连接酶靶点。 对DCAF1的表达分析也可以发现，其存在一定的组织特异性与肿瘤特异性，是个高价值的E3连接酶，进一步证明了其在TPD领域的开发潜力。 然而，缺乏有效针对 DCAF1 的已知配体限制了对其功能和治疗潜力的研究。 不过近期一些DCAF1小分子配体与相关PROTAC的报道， 似乎打开了DCAF1应用的大门。 文献报道 MY-11B The Scripps Research Institute于2022年在JACS上报道了利用化学蛋白质组学方法，发现了一类可以立体选择性和位点特异性地与 DCAF1 蛋白上的半胱氨酸 C1113 共价反应的氮杂环丁烷丙烯酰胺化合物MY-11B（J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 40, 18688–18699）。当然他们还对此申请了专利（WO2023225625A2）。 文章中展示了 DCAF1 蛋白的结构域组成，以及 C1113 位于 DCAF1-Vpx 复合物中与 HIV 病毒蛋白相互作用的界面。 基于MY-11B开发了靶向降解 FKBP12 和 BRD4 蛋白的亲电 PROTACs，表现出良好的降解活性（DC50 < 0.5 μM），并证明其有立体选择性和 DCAF1 依赖性。 至于MY-11B与DCAF1的亲和力，文中提到了用凝胶 ABPP 方法测定出 MY-11B 对 DCAF1 的体外靶点参与度 (TE50) 大约是 25 μM。 CYCA-117-70 AIDD明星公司Recursion Pharmaceuticals在Journal of Chemical Information and Modeling上报道了基于AI筛选发现的新型DCAF1配体(J. Chem. Inf. Model. 2023, 63, 4070−4078)。 本文采用了一种基于人工智能的药物-靶点相互作用 (DTI) 预测模型 MatchMaker，结合化学信息学筛选和分子对接技术，来识别 DCAF1 WD40 结构域 (WDR) 的配体。通过虚拟筛选与体外实验验证，发现了活性化合物 CYCA-117-70。通过X 射线晶体学研究，解析其与 DCAF1 WDR 结构域的复合物结构，确定其结合模式。 不过其活性一般，对DCAF1 WDR 结构域结合活性KD仅为70 μM。 OICR-8268 多伦多大学发表在Journal of Medicinal Chemistry上的文章(J. Med. Chem. 2023, 66, 5041−5060)，该研究通过使用 X-Chem 公司专有的 1140 亿个化合物的 DEL 库对 DCAF1 的 WDR 结构域进行筛选，并结合基于结构的药物设计，成功发现了第一个纳摩尔级的DCAF1配体OICR-8268，其 SPR Kd 值为 38 ± 1.5 nM，ITC Kd 值为 278 nM，并在细胞内具有良好的靶点结合能力 (CETSA EC50 = 10.5 μM)，为开发基于DCAF1的PROTACs提供了新的可能性。 研究人员解析了 OICR-8268 与 DCAF1 WDR 结构域的共晶结构，确认了其结合模式，并为进一步优化提供了结构基础。 Cpd.13 诺华团队也在ACS Medicinal Chemistry Letters上报道了其基于口袋鉴定、苗头化合物发现。共晶结构解析与基于结构的药物设计等策略发现了化合物13，SPR 测定的 Kd 值为 31 nM，可以作为开发 DCAF1 基于的 PROTACs 的起点（ACS Med. Chem. Lett. 2023, 14, 949−954）。 有趣的是，文章中还总结了上图中Cpd.8与前文提到的OICR-8268、CYCA-117-70的共晶结构。，可知这三个骨架各异的化合物具有相近的结合模式。通过比较这些化合物的结合模式，可以为进一步优化 DCAF1 配体提供指导。 故事并没有结束。在今年的nature communications上，诺华进一步报道了基于Cpd.13的PROTAC设计，表明DCAF1 PROTACs是一种很有潜力的克服 PROTACs 耐药性的策略。DCAF1 作为一个必需基因，以及其与 CRBN 和 VHL 不同的细胞定位，使其成为开发新一代 PROTAC 分子的理想靶点（Nat Commun 15, 275 (2024).）。 首先文章中做了DCAF1 与其他 E3 连接酶受体的基因依赖性评分，表明 DCAF1 是一个必需基因，而 CRBN与 VHL不是。目前大多数 PROTAC 分子依赖于 CRBN 和 VHL 这两种 E3 连接酶，而这两种连接酶在临床治疗中都面临着耐药性问题。 接着文章中利用非共价 DCAF1配体Cpd.13，设计了DCAF1-BRD9 PROTAC (DBr-1)、基于酪氨酸激酶抑制剂达沙替尼的PROTAC (DDa-1)、DCAF1-BTK PROTAC (DBt-10),均表现出良好的降解活性。 进一步的，研究人员使用 CRBN-BTK PROTAC 耐药的细胞系，证明了 DCAF1-BTK PROTAC 可以有效地降解 BTK 并抑制细胞增殖，而 CRBN-BTK PROTAC 则失去了活性。这表明 DCAF1 PROTACs 可以克服 CRBN 介导的 PROTACs 耐药性。 总而言之，这项研究表明，虽然配体结构与PROTAC活性仍有待优化，DCAF1 PROTACs 是一种很有潜力的克服 PROTACs 耐药性的策略。DCAF1 作为一个必需基因，以及其与 CRBN 和 VHL 不同的细胞定位，使其成为开发新一代 PROTAC 分子的理想靶点。 专利信息 Cullgen，睿跃生物 睿跃生物的主要研发方向便是利用其独有的uSMITE™技术平台，扩展公司的E3泛素连接酶工具箱。 早在2022年，Cullgen便报道具有新颖结构骨架的DCAF1小分子配体，专利WO2022194087A1。 不过本专利的活性却并不尽如人意。代表性化合物与DCAF1的亲和活性仅为Kd ≤ 40 μM（下图）。 专利中也给出了某个化合物与DCAF1的共晶结构，可见与上文三个化合物的共晶结合同一个口袋位点。 WO2024056077A1，Cullgen的第二篇专利。很明显的可以看到专利化合物设计上参考了上文中Recursion发现的CYCA-117-70。 代表性化合物的亲和活性为Kd ≤ 25 μM，相比于上一篇专利有所提升。与第一篇专利一样，也有共晶结构。 同时，专利中还存在一类DCAF1的共价配体，但并未给出其与DCAF1的亲和活性。 进一步的，专利基于CYCA-117-70与多激酶抑制剂TL13-87设计了一系列PROTAC，活性尚可。 自然也少不了BRD4 PROTAC，活性尚可。 还基于CDK2/4/6抑制剂PF-06873600，设计了新的CDK4 PROTAC，活性有一定的提升。 专利中还基于上述提到的新设计的DCAF1配体B-072，设计了TYK2 PROTAC（未给出活性）与ERα PROTAC（活性一般）。 本专利很好的实现了将CYCA-117-70转化成PROTAC的概念验证，但专利中这类PROTAC分子的亲和力、降解活性、以及linker设计上，距离达到成药性预期明显还有一段距离。后续Cullgen在此的发展值得观望。 Kymera WO2024092009A1，Kymera的第一篇DCAF1相关专利。专利中设计了近千个DCAF1配体分子。这类分子分为两类：基于CYCA-117-70的类似物，以及基于OICR-8268的类似物（部分为共价配体设计，但亲和力一般）。专利中部分实施例具有良好的DCAF1亲和活性（Kd < 10 μM）。 进一步的，基于配体分子I-653设计了一系列BRD4-DCAF1 PROTAC分子。不过专利中仅给出了两个实施例的活性数据。可以看到，最优实施例I-907具有不错的降解活性。DC50达到了10~100 nM，Dmax = 70~90%。 WO2024092011A1，Kymera的第二篇DCAF1相关专利。专利中设计了11个IRAK4-DCAF1 PROTAC。可以明显的发现，专利中的DCAF1配体为第一篇专利中的I-886。不过专利中仅给出PROTAC与DCAF1的亲和力，并未给出这类PROTAC分子。 不过Kymera现在在专利撰写中对活性数据有所隐藏。鉴于OICR-8268的亲和力达到了38 nM，I-653这一系列基于此改造得到的化合物，不至于比OICR-8268亲和力差。 可以明显看到，第二篇专利中的I-7采用了与Kymera临床IRAK4 PROTAC分子KT-474完全相同的warhead与linker，区别仅在E3 ligand。想必其成药性，有一定的保证。 后话 总体而言，鉴于DCAF1的必需性，以及其特异性的肿瘤/组织分布，其有望成为TPD领域新的开发方向。同时，MY-11B、CYCA-117-70、OICR-8268、Cpd.13等骨架各异的DCAF1配体也为开发基于DCAF1的PROTAC奠定了基础，也为后人开发新型DCAF1配体提供了良好的参考方向。 同时，Kymera的DCAF1 PROTAC似乎展现出了良好的降解活性与成药性。其后续是否会有新的进展，值得期待。 至于其他新的E3，下一篇文章再作详细介绍吧。 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓