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“小分子”蛋白降解靶向嵌合体——VHL 蛋白作为 E3 泛素连接酶

发布时间:2023-01-09

第一个广泛应用于小分子选择性靶蛋白降解的E3连接酶是Cli-RING泛素连接酶(CRL)组分VHL。通过基于经典片段的方法开发基于羟脯氨酸的HIF1衍生的VHL结合肽的小分子模拟物,实现了这一突破。该蛋白为E3泛素连接酶复合体Elongin B/C-CUL2-VHL的组成部分。VHL可以使缺氧诱导因子-1αHIF1α)泛素化导致HIF1α的降解。2012Buckley等人发表了第一个抑制 VHL-HIF1α相互作用的小分子化合物,该VHL配体可与VHLHIF1α识别位点偶联,结果显示该PROTAC100 nmDC50)下可诱导其靶蛋白50%的降解。重要的是,这种PROTAC被证明在体内是有活性的在使用PROTAC治疗之后,小鼠心脏,肾脏和 MDA-MB-231异种移植肿瘤的ERRα水平分别降低了约44%44%39%。因此该设计被广泛应用于PROTAC的设计中,研究发现此类PROTAC可同时降解丝氨酸/苏氨酸激酶RIPK2

Bondeson等将VHL配体和噻唑烷二酮类小分子连接得到了降解 ERRαPROTAC,该化合物可有效降低细胞内ERRα水平(DC50=100  nM),最大降解率为86%。另外,他们将VHL配体和RIPK2抑制剂连接得到了降解RIPK2PROTAC-3,在10n M的低浓度条件下降解能力达到最大值(Dmax)为95%。阴性对照差向异构体PROTAC_RIPK2_epi不能降解RIPK2。与基于CRBNPROTAC不同,VHL PROTAC具有完美的对照构型(氢脯氨酸差向异构体),这将使得在降解和抑制之间可以进行更准确的比较。研究发现在4h 内就用PROTAC_RIPK2实现了最大程度的RIPK2敲低,而RIPK2的半衰期约为60 h

小分子VHL配体也已用于靶向BRD4PROTAC中。Zengerle 等将BRD4抑制剂JQ1VHL配体连接得到比d BET1更稳定的 PROTAC MZ1MZ2。然而两种PROTAC24h内诱导BRD4降解,具有较短PEG连接基的MZ1表现出更高的功效。有趣的是,与基于CRBNBRD4靶向PROTAC ARV-825d BET1作对比,这些化合物在24小时后仅观察到BRD2BRD3的部分降解,而这些相互矛盾的结果提出了一个问题,即募集不同的E3连接酶是否会导致不同的选择性特征。然而,即使MZ1100 nMBRD4减少90%)在降低BRD4水平方面比ARV-825效力小,但它显然与d BET1 相当。这些观察结果表明,至少就靶向BRD4而言,可募集VHLCRBN E3连接酶用于有效的PROTAC介导的降解。然而,两种E3连接酶的头对头比较可能有助于更好地了解选择哪种E3连接酶用于下一代PROTAC,以获得更高的效力和选择性。另外,这一发现再次表明,连接体的组成和长度是决定PROTAC效力的关键变量。

参考文献:

[1] 王诗慧. 靶向泛素化降解PLK1BRD4蛋白的蛋白降解靶向嵌合体设计、合成以及生物活性研究[D]. 吉林大学, 2019.

[2] Bondeson, D.P., et al., Catalytic in vivo protein knockdown by small-molecule PROTACs. Nat Chem Biol, 2015. 11(8): p. 611-7.

[3] Zengerle, M., K.H. Chan, and A. Ciulli, Selective Small Molecule Induced Degradation of the BET Bromodomain Protein BRD4. Acs Chemical Biology, 2015. 10(8): p. 1770-1777.

[4] Zengerle, M., K.H. Chan, and A. Ciulli, Selective Small Molecule Induced Degradation of the BET Bromodomain Protein BRD4. Acs Chemical Biology, 2015. 10(8): p. 1770-1777.

[5] Los, G.V., et al., Halo Tag: a novel protein labeling technology for cell imaging and protein analysis. ACS Chem Biol, 2008. 3(6): p. 373-82.