七夕
当
靶蛋白
邂逅
蛋白酶体
七夕来临，宜讲故事！本回小麦给大家介绍的是一个目前最为热门的药物研发方向蛋白靶向降解。其基本功能我们可以按照牛郎织女故事的角色来做个设定，这样大家就可以一边赏着银河一边轻松get到点。
牛郎织女角色扮演者：靶蛋白与蛋白酶体。
鹊桥扮演者：PROTAC
故事情节
大家可能并不知道，导致疾病的蛋白据估计仅有10%的蛋白能用小分子调控，10%能用生物大分子调控的蛋白在细胞表面，而高达80%的蛋白由于缺少活性位点等原因无法用现有药物调控。听到这里是不是整个人感觉有些不好了.....
然而最热门的一个药物研发领域新兴方向-蛋白靶向降解 (Targeted protein degradation) 为以前不能成药的靶蛋白带来了"福音"。蛋白靶向降解药物力图将小分子设计成为一种新型药物，传统小分子抑制剂的作用是阻断蛋白的功能，而蛋白靶向降解剂的作用是通过将这些蛋白送入蛋白酶体 (Proteasome) 将它们完全降解。想象一下，靶蛋白在神奇小分子牵线搭桥下终于与蛋白酶体相见，然后….被降解掉……妥妥的暗黑气质的搭桥小分子的名称就叫做PROTAC（PROteolysis TArgeting Chimera）-蛋白降解靶向嵌合体，是始于17年前的一项技术 (2001年)。
图片来源：Megan Scudellari (2019) Protein-slaying drugs could be the next blockbuster therapies. Nature. 2019 Mar;567(7748):298-300.
该技术利用了细胞内的泛素-蛋白酶体系统（Ubiquitin-proteasome system, UPS）。UPS系统正常生理功能是负责清理细胞中变性、变异或者有害的蛋白。
PROTAC正是利用此系统来从细胞中去除特定致癌蛋白，是一种靶向治疗的替代方法。
PROTAC可以说是诱导蛋白降解技术的一种改进的、通用的平台技术。在此之前，已经有一些类似的技术和它的原型版，如最早发现的一些自带降解功能的选择性激素受体抑制剂、HyT 技术等。目前这个技术还主要用于靶点的发现与确证，而其终极目标是成就药物，而不仅仅是用于靶标确证。
PROTAC技术原理
PROTAC技术原理其实很简单。细胞内的泛素-蛋白酶体系统，负责清除残次蛋白。其催化部分是E3连接酶，但需要各种获取底物的蛋白帮助寻找需要降解的蛋白。这个技术把目标蛋白配体和这些帮助UPS寻找底物蛋白的配体通过化学键连接起来，这样可以把本来不需要降解的目标蛋白降解。
嵌合体分子包括三部分，形象地被称为哑铃状结构：一头是靶向目标蛋白的结构；另一头是可以招募蛋白降解体系比如E3连接酶的结构；中间通过合适的linker连接。这与双特异单抗技术类似，可以算是双功能小分子。PROTAC诱导蛋白降解的作用机制见下图 。
图片来源：Megan Scudellari (2019) Protein-slaying drugs could be the next blockbuster therapies. Nature. 2019 Mar;567(7748):298-300.
现在PROTAC的研究热到烫手，越来越多的制药企业、生物技术公司以及学术机构涉足其中，无论是国内还是国外。其中进展最快的是Arvinas公司的两个PROTAC小分子药物，今年推入临床试验，且Arvinas的蛋白降解技术得到多家大型药企的投资，如辉瑞，基因泰克，默沙东和拜尔。
然额.....................................
PROTAC技术的研究是喜忧参半的！
喜的是，PROTAC可以有效地靶向目标蛋白，又可以将之降解清除，具有非常丰富的想象与发展空间。PROTAC理论上只需要催化量的药物，也可以在蛋白表达、修饰后选择性降解同一基因表达的不同蛋白，所以存在一定理论上优势。
理论上PROTAC只是提供结合活性，区别于传统的占有驱动“Occupancy-driven”，无需直接抑制目标蛋白的功能活性，药物不需要与目标蛋白长时间和高强度的结合，因此可以靶向传统难以成药的靶点，比如表面光滑缺乏小分子结合区域的蛋白，PROTAC的相关技术可以选择性降解目标蛋白，所以很多无法用小分子调控或抗体无法到达的靶点可以用这个技术调控；另外，这个过程类似于催化反应，药物又可以重复利用，抑制目标蛋白，并不需要等摩尔量的药物，因此获得极高活性的药物成为可能，所以业界认为对PROTAC的活性要求也许不需很高。
忧的是PROTAC技术研发也面临多方面的挑战！PROTAC药物是双靶点药物,所以分子量、分子刚性、水溶性都不甚理想，所以口服吸收和过膜性都会较差，PROTAC分子通常很大，PK是一个主要障碍。虽然现在已有体内活性PROTAC化合物的报道，甚至今年就会进入人体临床研究。但总体而言，PK 仍旧是多数PROTAC小分子成药的主要障碍。化学合成也要困难得多。
脱靶毒性应该也是最为令人担心的问题之一。传统靶向蛋白活性的小分子、大分子药物，甚至小核苷酸，一般来讲对蛋白活性的抑制不会太彻底，也多不影响骨架蛋白的表达，这样固然增加了耐药性发生的概率，但同时残留的活性也可能保障了正常细胞、组织器官基本的生理活性，降低了潜在毒性。而PROTAC作为更为彻底靶标蛋白降解者，可能会误伤到其它脱靶蛋白，即使是以前验证过的靶点，会不会带来更为严重的毒性，需要在未来的临床实验中密切监测。
因此对于PROTAC的研究需要在早期就进行多方面的生物活性功能验证，以确保其作为药物的各方面性能。
因此在进行PROTAC药物研发时，往往我们需要对于小分子提出下面的图种的一些问题：
Promega的完整PROTAC功能验证方案，为您回答研发种的关键性问题，加速您的PROTAC分子研发进程：
1. 靶蛋白是否被成功降解?
点击此处下载操作说明书，应用NanoLuc®萤光素酶及HiBiT蛋白标签来检测蛋白降解。
2. PROTAC分子是否进入细胞并与靶蛋白或E3连接酶结合?
点击此处下载说明书，应用NanoBRET™ Target Engagement (TE) Assay 来检测PROTAC的透膜性和VHL的结合。
3. PROTAC是否与靶蛋白与E3连接酶形成了三聚体复合物?
点击此处下载操作说明书，了解如何使用NanoBRET™ PPI Assay(能量共振转移方法)来检测PROTAC，E3连接酶和靶蛋白的相互结合。
4. 靶蛋白是否被泛素化?
点击此处下载操作说明书，了解如何使用NanoBRET™ PPI Assay(能量共振转移方法)来检测泛素与靶蛋白的结合。
5. 靶蛋白是否被转运到蛋白酶体?
点击此处下载操作说明书，了解如何使用NanoBRET™ PPI Assay检测靶蛋白与蛋白酶体的相互作用。
这还不够？马上呈上一篇应用文献，360度展示如何在细胞水平进行PROTACs的研究：
Understanding and Optimizing PROTACs to Study Protein Degradation in Cells
现在就预约技术专家为您进一步解答您的疑问哦!
dada
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