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PROTAC技术后,DUBTAC揭示新型靶向治疗的未来
2024-07-09
·
药渡
来源:药渡 撰文:balabala 编辑:哦呼 靶向嵌合体蛋白水解(PROTAC)技术代表了药物发现领域的突破性发展,利用泛素蛋白酶体系统特异性降解与疾病相关的蛋白质,多项目已进入临床开发。但针对
CF
和某些
癌症
,需开发靶向蛋白稳定剂TPS以对抗异常蛋白降解。 拓展阅读: 瞄准靶蛋白降解:中国在PROTAC药物战略布局中的新动向 PROTAC设计中Linker特性的探索与创新 靶向“不可成药”靶点,浅析PROTAC、分子胶靶向蛋白降解与靶向蛋白稳定技术 推动PROTAC药物开发新纪元:扩展PROTAC的E3连接酶 靶向蛋白质稳定技术(targeted protein stabilization,TPS)是近年来生物医学领域一种新兴的技术,旨在通过特定的方法来稳定细胞内的蛋白质,从而影响其功能和行为。这种技术潜在应用广泛,从基础研究到新药开发都有重要价值。 去泛素化酶靶向嵌合体(deubiquitinase-targeting chimeras,DUBTACs)是近年来逐渐发展的一种靶向蛋白质稳定技术,DUBTACs一般由靶蛋白配体、去泛素化酶配体和Linker三部分组成,这样的结构设计使得DUBTAC分子可以同时结合靶蛋白和去泛素化酶,诱导靶蛋白和去泛素化酶靠近,去除靶蛋白上的泛素链,从而达到稳定以泛素化依赖方式降解的特定蛋白质的水平(图1)。 图1. DUBTAC平台 在这里,我们总结了近年来DUBTAC技术的研发进展,详细探讨了其在生物医药领域的应用前景和潜在挑战。 01 基于OUTB1的DUBTACs 在2022年初,加州大学伯克利分校的Daniel K. Nomura教授团队运用基于活性的蛋白质图谱分析(activity-based protein profiling,
ABPP
)对65种
去泛素化酶
的反应性半胱氨酸进行全局性分析。 研究结果发现,泛素化酶OTUB1的C23位点不参与酶活性的调控且具有较高的亲核性,是一个理想的配体结合位点。由于细胞中主要介导蛋白质降解的最丰富的泛素链是K48链,而
OTUB1
则是靶向移除K48链的
去泛素化酶
。 理论上,利用
OTUB1
去针对性地去除特定蛋白上的泛素链,防止以泛素化依赖方式被降解的特定蛋白质被蛋白酶体降解,是非常有效的。 图2. EN523结构 (1)ΔF508-CFTR-DUBTACs Daniel K. Nomura教授团队基于上述发现筛选出了一个与OUTB1高亲和力结合的共价配体EN523(图2)。其中,EN523与
OTUB1
结合是通过EN523的丙烯酰胺部分与
OTUB1
变构半胱氨酸残基Cys23共价作用来实现的。他们通过体外实验证明EN523对
OTUB1
的酶活性没有显著影响。 随后,研究人员将筛选到的EN523与ΔF508-CFTR调节剂Lumacaftor连接起来所获得的异源双功能小分子NJH-2-057用于靶向
CFTR
突变体ΔF508-
CFTR
的稳定从而改善
囊性纤维化
。 实验结果表明,
NJH-2-057
可以有效稳定ΔF508-
CFTR
,而单独使用
Lumacaftor
的结果则与对照组差异不明显(图3)。这一结果为DUBTAC技术的发展提供了概念验证。 图3. NJH-2-057稳定
CFTR
(2)WEE1-DUBTACs Daniel K. Nomura教授团队随后将DUBTAC技术应用于提高抑癌基因
WEE1
的稳定性,
WEE1
是一种非恶性真核体细胞中的
肿瘤
抑制激酶,可磷酸化
细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK1)
-细胞周期蛋白B1复合物,以抑制有丝分裂S期和G2期的细胞周期进展,并且必须下调其活性才能发生有丝分裂进展。
WEE1
在许多
肿瘤
中被降解以促进癌细胞增殖。稳定癌细胞中WEE1激酶的水平有望阻止
肿瘤
生长。 研究人员将EN523与一种临床
WEE1
抑制剂AZD1775通过烷基链linker或基于聚乙二醇的linker连接合成了靶向肿瘤抑制性激酶WEE1的DUBTAC。研究显示,DUBTAC能显著稳定
肝癌
细胞系中的
WEE1
,而EN523或
AZD1775
单独治疗对
WEE1
水平没有影响(图4)。 图4.
WEE1
DUBTAC稳定
WEE1
这进一步证明了DUBTAC技术用于TPS的普适性,此外,Daniel K. Nomura教授团队的研究也强调了使用化学蛋白质组学支持的共价配体发现平台的实用性。 (3)TF-DUBTACs 2022年6月份,来自美国哈佛医学院的Wenyi Wei教授团队在此前研究的基础上,使用EN523招募去泛化素酶OTUB1进一步开发了能够稳定抑癌转录因子(Transcription Factor,TF)的首个TF-DUBTAC药物平台,旨在通过稳定TF实现对
肿瘤
的治疗(图5)。 图5. TF-DUBTAC平台示意图 研究人员分别将
FOXO3A
、
p53
、
IRF3
三种转录因子的结合配体叠氮基修饰DNA寡核苷酸与BCN(bicyclononyne)修饰的去泛素化酶OUTB1的共价配体(DUBL-X-BCN 1-10)通过SPAAC反应连接起来,设计合成出了一系列靶向
FOXO3A
、
p53
、
IRF3
三种转录因子的DUBTAC分子(图6),紧接着,研究人员通过体外实验测定了细胞水平上化合物对靶蛋白的稳定作用,并筛选出有效的TF-TUBTAC分子,细胞水平活性测试研究表明,相应的TF-DUBTAC 以OUTB1依赖的方式分别稳定了细胞内的
FOXO3A
、
p53
、
IRF3
。 图6.
TF
-DUBTAC作用机理图示 这进一步说明了TF-DUBTAC是一个可推广的平台,可实现抑癌转录因子的选择稳定性,可作为抑制
肿瘤
生成的治疗手段。同时也表明DUBTAC技术在
癌症
治疗方面的普适性和有效性。 02 基于
USP7
的DUBTACs 由于基于去泛素化酶OTUB1共价配体开发出的DUBTACs可能与其他共价抑制剂类似存在毒性或超敏反应等劣势,因此,开发基于其他去泛素酶的可逆招募配体是TPS领域的重要发展方向。 2024年4月份,美国哈佛医学院的Wenyi Wei教授团队开发了第一个基于去泛素化酶USP7的DUBTAC,其利用
USP7
的非共价配体实现了选择性稳定
CFTR
和
AMPK
蛋白的目的(图7)。 图7.USP7-DUBTAC平台示意图 (1)ΔF508-CFTR-DUBTACs 首先,研究人员选择先前报道过的
USP7
ligand #1作为去泛素化酶USP7的配体,通过分析配体与
USP7
复合物的共晶结构,选择配体分子USP7i-#4a结构中位于结合口袋外的氨基作为linker连接位点进行分子设计。 研究人员将USP7 ligand#1与ΔF508-
CFTR
调节剂Lumacaftor通过linker连接合成了一系列的靶向
CFTR
的DUBTAC的分子,并在细胞水平上测定化合物对
CFTR
蛋白的稳定作用(图8)。 图8.基于
usp7
的dubtac来稳定靶蛋白 研究结果表明,化合物MS6869以相对特定的方式促进了
CFTR
的稳定,其有效性与先前报道的基于
OTUB1
的
CFTR
-DUBTAC相当。 (2)AMPK-DUBTACs 随后,研究人员基于两种不同的
USP7
配体设计并合成了一系列的靶向
AMPK
的DUBTAC分子(图8),并对这些化合物进行
AMPK
蛋白稳定作用测试,研究表明,不同的
USP7
配体衍生的
AMPK
-DUBTAC可以选择性地稳定AMPK β的不同亚型,导致
AMPK
信号转导升高。 这些结果无一不说明了基于
USP7
的DUBTAC技术开发的可行性。 03 展望 DUBTAC技术的出现,使得许多领域有望从主动泛素化和降解蛋白的靶向去泛素化中获益。例如稳定线粒体中的BAX水平以诱导细胞凋亡,稳定
STING
用于免疫肿瘤学应用或在胰腺细胞中稳定
葡萄糖激酶
用于成年发病型
糖尿病
2型。其他受益于DUBTAC的靶标包括各种为了维持癌细胞增殖而被主动泛素化和降解的
肿瘤
抑制因子。 除了
囊性纤维化
之外,还有许多其他遗传疾病也可以通过dubtac稳定获益。包括高雪氏病或
帕金森病
中的葡萄糖脑苷脂酶突变和
苯丙酮尿症
中的
苯丙氨酸羟化酶
和富马酰乙酰乙酸羟化酶突变等。 我们总结了近年来DUBTAC技术的研究进展,展现了DUBTAC技术在提高蛋白质稳定效率方面的显著优势,我们也对DUBTAC技术的发展前景做出了展望,期待更多研究者能够加入这一创新领域,共同推动生物医药技术的发展。 编者按: DUBTAC通过稳定关键蛋白质来对抗疾病,如
CFTR
和
WEE1
,已在实验室研究中取得初步成功。随着技术的不断进步,基于
USP7
等其他去泛素酶的DUBTAC也在开发中,有望克服现有技术的局限性。展望未来,DUBTAC技术有望在更多领域发挥作用,为治疗各种疾病提供新的策略。 参考文献 [1]Deubiquitinase-targeting chimeras for targeted protein stabilization [2]TF-DUBTACs Stabilize Tumor Suppressor Transcription Factors [3]USP7-Based Deubiquitinase-Targeting Chimeras Stabilize AMPK *声明:本文仅是介绍医药疾病领域研究进展或简述研究概况或分享医药相关讯息,并非也不会进行治疗或诊断方案推荐,也不对相关投资构成任何建议。内容如有疏漏,欢迎沟通指出! 点击下方“
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