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买科研服务（代计算、代测试、超算机时），送老李校长“科研理工男士情感课”第一性原理计算解决50年悬而未决难题：半导体中铜为何扩散更快？Ab initio及第一性原理入门参考书介绍《海贼王》告诉你，做科研为什么不能闭门造车……985博导亲测：用DeepSeek写国自然本子，3天完成30天工作量来自公众号：小柯生命本文以传播知识为目的，如有侵权请后台联系我们，我们将在第一时间删除。北京时间2025年4月28日17时，天津医科大学董城联合石磊、陈东星、谢松波团队在《自然—结构与分子生物学》（Nature Structural & Molecular Biology）期刊在线发表了蛋白质靶向降解（TPD）领域的最新研究成果，题为“Design of PROTACs utilizing the E3 ligase GID4 for targeted protein degradation”。该研究首次将E3连接酶GID4应用于PROTAC分子设计。研究团队设计了基于GID4的PROTAC，实现了多个致病蛋白的靶向降解，并解析了GID4-PROTAC-BRD4三元复合物的晶体结构，系统阐明了GID4介导底物降解的分子机制。这一成果拓展了可用于TPD的E3连接酶工具箱，为未来精准药物研发开辟了新方向。靶向蛋白质降解（TPD）作为一种新兴的癌症治疗策略，受到广泛关注。PROTAC技术以其催化剂量起效、靶向“不可成药”蛋白的独特优势成为TPD领域的代表性技术。然而，目前已应用于PROTAC设计的E3连接酶主要限于CRBN、VHL等少数几种，开发新的E3连接酶成为该领域亟需解决的问题。天津医科大学董城教授课题组长期致力于E3连接酶底物识别机制的基础研究，系统解析了多个重要E3连接酶的底物识别规律，先后报道了E3连接酶GID4、ZYG11B、ZER1、FEM1C、TRIM7、Pirh2、ASB7等分子机制（Nat Chem Biol, 2018；2021；PNAS, 2020；2022；Mol Cell, 2021；Nat Commun, 2022；2023；2024），并在此基础上开发了ZYG11B核酸适配体靶向降解平台（Nat Commun, 2025）。研究人员基于GID4的深窄结合口袋特征，设计了高亲和力小肽PGLW，并联合辉瑞公司进一步开发了GID4特异性小分子配体PFI-7（Nat Chem Biol, 2024）。在本项研究中，作者以PFI-7和BRD4抑制剂JQ1为基础，成功设计出首个GID4-PROTAC先导分子NEP108，实现了BRD4的泛素-蛋白酶体依赖性降解。解析的GID4-NEP108-BRD4三元复合物结构为后续优化提供了重要线索。通过引入刚性哌嗪基团，团队进一步优化出新型降解剂NEP162，不仅增强了三元复合物稳定性，还显著提升了细胞降解效果。晶体结构分析显示，NEP162在三元复合物中存在“J型”与“L型”两种结合构象，揭示了PROTAC介导的三元复合物动态构象特征。a, 基于GID4的NEP162降解剂的化学结构; b, BLI测定GID4-NEP162-BRD4可形成三元复合物; c-d, GID4-NEP162-BRD4不同构象的三元复合物晶体结构在功能验证中，NEP162在细胞水平有效降解BRD4，并表现出抑制细胞增殖、诱导细胞凋亡的生物学活性。在小鼠肿瘤模型中，NEP162（15mg/kg，IP）显著抑制了肿瘤生长，同时显示出良好的体重和器官安全性。进一步研究发现，NEP162能够选择性降解BET家族中的BRD2和BRD4，而对BRD3无明显影响。此外，研究人员还将GID4-PROTAC技术应用于ERα和SMARCA2等其他致病蛋白，验证了其广泛的适用性和潜力。天津医科大学董城教授、石磊教授、陈东星教授和谢松波教授为本研究的共同通讯作者。天津医科大学博士生李艳冉、博士包凯文、博士生孙吉跃及山东师范大学博士葛瑞鑫为共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金委、中组部以及免疫微环境与疾病教育部重点实验室、天津医科大学科研共享平台的支持。相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41594-025-01537-1编辑 | 余   荷排版 | 王大雪

蛋白水解靶向嵌合体技术（Proteolysis-targeting chimeras, PROTACs）利用恰当的连接子将目标蛋白（Protein of Interest, POI）配体与E3连接酶配体相连，使POI与E3连接酶之间形成蛋白-蛋白相互作用后被进一步泛素化标记，最后通过泛素-蛋白酶体途径将POI降解1。该技术自2002年诞生以来经历了二十多年的发展，已有多个分子进入临床试验阶段，如Arvinas公司的ARV-471等2。然而，尽管目前已发现超过600种E3连接酶，仅有少数连接酶能够用于PROTACs的设计与开发，如VHL（∼30%） 与 CRBN（∼60%）3。由于CRBN 与VHL 在不同细胞或组织中的特异性表达差异，以及相应配体较大的分子量造成PROTACs分子类药性较差，PROTACs的开发受到限制。此外，度胺类配体潜在的致畸副作用也限制了它的应用4，因此目前亟需寻找新型降解信号来对PROTACs技术进行优化。非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer , NSCLC）是最常见的肺癌类型之一，其分子特征复杂且容易产生耐药性，治疗过程往往面临着极大的挑战。ALK 重排和 EGFR 突变是NSCLC中两个最关键的致癌驱动因素5，尽管目前已有多种ALK和EGFR酪氨酸激酶抑制剂成功问世，通过与目标激酶的持续结合发挥作用，但这种持续性结合也容易导致细胞产生获得性耐药性，限制了疗效的长期维持。 南方科技大学的饶海教授课题组针对这一问题，基于三种能够触发N-末端降解途径的氨基酸（甘氨酸、脯氨酸与赖氨酸）为E3连接酶配体分别设计了能够降解EML4-ALK 和突变型 EGFR的全新PROTACs分子，也被称为AATacs。近日，该项研究工作发表在了美国化学会出版的药物化学核心期刊Journal of Medicinal Chemistry上（J. Med. Chem. 2024, ASAP）6。 N-末端降解技术的核心在于不稳定的蛋白N-末端残基容易被修饰或加工从而暴露出来，随后被不同的E3连接酶识别后经泛素-蛋白酶体途径降解7。研究人员首先通过聚乙二醇（polyethylene glycol, PEG）连接子将三种氨基酸残基（Pro、Gly 和 Lys）和ALK酪氨酸激酶与 EGFR 激酶的抑制剂Brigatinib相连设计合成了AATacs分子。他们基于ALK与Brigatinib的共晶结构（PDB: 6MX8）将配体分子位于溶剂区的甲基哌嗪-哌啶基团替换为哌嗪基，合成了Brigatinib的类似物（BA），并调整了PEG连接子的数量（1-4）以探索最佳连接子长度（图1）。 图1、AATacs的设计思路 研究人员随后在H3122（EML4-ALK）与H1975（EGFR-L858R/T790M）细胞中评估了基于 Pro 的不同连接子长度的AATacs的降解能力。尽管连接子长度不同，这些化合物均能在高于1 μM的浓度下使H3122细胞中EML4-ALK蛋白或H1975细胞中EGFRL858R/T790M蛋白含量显著下调。其中Pro-PEG3-BA活性最优，表明PEG3为最佳连接子长度。研究人员随后固定了连接子，并将Pro替换为Lys与Gly进行进一步的改造。WB结果表明在H3122与H1975细胞中Lys-PEG3-BA与Gly-PEG3-BA均保留了对POI的降解活性。此外，研究人员还通过蛋白质组学分析证明了经Pro-PEG3-BA处理的H3122细胞中ALK蛋白含量降低最为明显，进一步表明了该AATacs分子具有良好的选择性（图2）。 图2、AATacs的降解活性与蛋白质组学分析 研究人员进一步评估了这些AATacs的降解能力，结果显示Pro-PEG3-BA、Lys-PEG3-BA、Gly-PEG3-BA在H3122细胞中对EML4-ALK蛋白的DC50值分别为0.42 μM、1.32 μM、0.50 μM，且Dmax均大于90 %。而在H1975细胞中AATacs对EGFR L858R/T790M 蛋白的降解能力则显著降低，DC50值均高于10 μM（图3）。此外，CCK-8细胞毒性实验显示在H3122 细胞中Pro-PEG3-BA具有比原药BA更强的抑制细胞增殖的活性，表明PROTAC化改造能够提升化合物的抗肿瘤活性。同时，Pro-PEG3-BA在正常细胞中没有表现出毒性，表明其安全性良好。蛋白酶体抑制剂MG132的引入也证明了AATacs分子经由蛋白酶体途径进行降解。 图3、AATacs的降解能力评估 为了进一步探究AATacs的作用机制，研究人员首先对参与 AATac 介导降解的 E3 连接酶进行鉴定。通过对H3122 和 H1975 细胞中GID4、ZYG11B和ZER1蛋白分别进行敲低或沉默，研究人员证明GID4介导了Pro-AATacs的泛素化降解，ZYG11B和ZER1介导了Gly-AATacs的降解，Lys-AATacs的媒介E3连接酶则尚不明确。研究人员利用流式细胞术评估了Pro-PEG3-BA对细胞周期以及凋亡的影响，结果表明，Pro-PEG3-BA能以剂量依赖的形式使H3122和H1975细胞停滞在G1期，同时显著增加了早凋与晚凋细胞的比例（图4）。 图4、Pro-PEG3-BA对细胞周期以及凋亡的影响 最后，研究人员评估了Pro-PEG3-BA的药代动力学性质，以2 mg/kg的剂量静脉给药的半衰期（T1/2）为2.9小时，而腹腔50 mg/kg给药时的T1/2约为5.2小时，表明该分子代谢较为缓慢，能够提高患者依从性。同时该分子的生物利用度较好，约为53.2 %（图5）。进一步的H3122异种模型的PD实验中，以10 mg/kg腹腔给药能显著降低肿瘤组织中ALK的水平，体现出该分子良好的抗肿瘤活性。 图5、Pro-PEG3-BA的PK与PD研究 小结：能够用于PROTACs开发的E3连接酶数量少、潜在副作用风险大与类药性差是PROTACs设计的难点与痛点；使用激酶抑制剂治疗非小细胞肺癌NSCLC产生的获得性耐药也严重影响了药物的疗效。作者运用N-末端降解技术，以Pro、Lys、Gly这些小分子量的氨基酸为配体招募新的E3连接酶，结合ALK与 EGFR抑制剂Brigatinib开发了基于氨基酸的AATacs分子，其中Pro-PEG3-BA展现出了良好的降解活性与药动学性质。该研究不仅为NSCLC的治疗提供了全新策略，也展现了PROTACs在癌症治疗中的广阔前景。 【参考文献】： [1] Békés, M.; Langley, D. R.; Crews, C. M. PROTAC targeted protein degraders: the past is prologue. Nat Rev Drug Discov 2022, 21 (3), 181-200. DOI: 10.1038/s41573-021-00371-6  From NLM. [2] Gough, S. M.; Flanagan, J. J.; Teh, J.; Andreoli, M.; Rousseau, E.; Pannone, M.; Bookbinder, M.; Willard, R.; Davenport, K.; Bortolon, E.; et al. Oral estrogen receptor PROTAC® vepdegestrant (ARV-471) is highly efficacious as monotherapy and in combination with CDK4/6 or PI3K/mTOR pathway inhibitors in preclinical ER+ breast cancer models. Clin Cancer Res 2024. DOI: 10.1158/1078-0432.Ccr-23-3465  From NLM. [3] Cao, C.; He, M.; Wang, L.; He, Y.; Rao, Y. Chemistries of bifunctional PROTAC degraders. Chem Soc Rev 2022, 51 (16), 7066-7114. DOI: 10.1039/d2cs00220e  From NLM. [4] Ito, T.; Ando, H.; Suzuki, T.; Ogura, T.; Hotta, K.; Imamura, Y.; Yamaguchi, Y.; Handa, H. Identification of a primary target of thalidomide teratogenicity. Science 2010, 327 (5971), 1345-1350. DOI: 10.1126/science.1177319  From NLM. [5] Cooper, A. J.; Sequist, L. V.; Lin, J. J. Third-generation EGFR and ALK inhibitors: mechanisms of resistance and management. Nat Rev Clin Oncol 2022, 19 (8), 499-514. DOI: 10.1038/s41571-022-00639-9  From NLM. [6] Zhang, J.; Chen, X.; Chen, C.; Li, F.; Song, X.; Liu, C.; Liao, K.; Su, M.-Y.; Tan, C. S. H.; Fang, L.; et al. Distinct Amino Acid-Based PROTACs Target Oncogenic Kinases for Degradation in Non-Small Cell Lung Cancer (NSCLC). Journal of Medicinal Chemistry 2024. DOI: 10.1021/acs.jmedchem.4c00208. [7] Shanmugasundaram, K.; Shao, P.; Chen, H.; Campos, B.; McHardy, S. F.; Luo, T.; Rao, H. A modular PROTAC design for target destruction using a degradation signal based on a single amino acid. J Biol Chem 2019, 294 (41), 15172-15175. DOI: 10.1074/jbc.AC119.010790  From NLM. 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↓