【PROTAC】新药开发系列（七） 磷酸化多肽PROTACs设计

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导读

前面五篇文章介绍了Craig M. Crews等人在2001-2008年的开创性工作。他们合理地利用与泛素连接酶E3体系相互作用的分子与蛋白受体的激动和抑制剂结合，设计合成了用于降解MetAP2、ER、AR和FKBP12等的PROTACs分子。蛋白和细胞试验证明了PROTACs可快速降解目标蛋白并抑制细胞增殖。

图1 磷酸化多肽PROTACs作用机制

本期，我们介绍该研究组针对磷酸依赖性蛋白的磷酸化多肽PROTACs设计。研究者设计了两种磷酸化多肽PROTACs，是将神经生长因子受体TrkA（原肌球蛋白受体激酶A）或神经调节蛋白受体ErbB3（成红细胞增多症癌基因B3）的酪氨酸磷酸化序列与E3泛素连接酶Von Hippel Lindau的肽配体偶联。这两种磷酸化多肽PROTACs多肽分别募集神经营养信号效应子成纤维细胞生长因子受体底物2α或促生存磷脂酰肌醇-3激酶，在E3泛素连接酶VHL的作用下被泛素化和降解，如图1。研究人员证明了这两种磷酸化多肽PROTACs在体外和体内抑制各自的活化受体酪氨酸激酶途径的短期和长期作用的能力，如图2。此外，研究显示磷酸化多肽PROTACs的活化完全依赖于它们的激酶介导的磷酸化，含有苯丙氨酸的无效变体是无活性的。且刺激不相关的生长因子受体不会诱导靶蛋白敲低，说明了磷酸化多肽PROTACs的选择性。

图2 磷酸化多肽PROTACs降解蛋白效果

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本文亮点

1、两个水平的选择性。磷酸化多肽PROTACs可抑制酪氨酸激酶途径，该途径可利用每种信号传导途径固有的内在选择性。这种PROTACs所利用的第一个特异性来自个体酪氨酸激酶对其各自底物的特异性，已知被特定激酶磷酸化的肽序列。该方法还抑制特定的信号传导级联，不是通过靶向激酶本身，而是通过诱导特定下游信号传导组分如FRS2α和PI3K的降解。同样，通过使用含有磷酸酪氨酸的肽中固有的天然亲和力作为这些含SH2/PTB结构域的蛋白质的配体，可以有效地将它们的降解与细胞内同源信号级联的活化状态相结合。因此，这两个水平的选择性，即在激酶/底物水平和效应蛋白/磷酸化多肽PROTACs结合水平，共同选择特定信号通路。

2、该磷酸化多肽PROTACs可区分正常和患病组织。由于各种酪氨酸激酶途径的失调导致不受控制的细胞增殖，磷酸化多肽PROTACs将蛋白质降解偶联至特定生长因子-信号传导途径的使得其具有细胞类型选择性。活化的条件性质使得磷酸化多肽PROTACs适合于恶性细胞的选择性治疗。例如，人们可以设想普遍存在的PROTACs介导的参与细胞生长或存活的蛋白降解可能具有全身性毒害作用（例如，已经发现小分子抑制剂LY294002对PI3K的抑制在动物研究中是有毒的）。研究者给小鼠使用磷酸化多肽POPTACs，可抑制肿瘤生长，但对动物生存（体重和毒性症状）没有明显的不良影响。磷酸化多肽PROTACs优先降解在那些具有高水平ErbB2/ErbB3信号传导的细胞中的PI3K，优先抑制乳腺癌或卵巢癌或胰腺癌细胞增殖。

3、使用磷酸化多肽PROTACs的另一个优点是它不太可能引发耐药性突变。目前的抗肿瘤酪氨酸激酶抑制剂如Tarceva和Iressa通过抑制受体酪氨酸激酶活性来阻止细胞增殖。但这种生存斗争为靶突变提供强大的选择压力，为保持激酶活性，细胞表达突变蛋白用以抵抗药物结合。相反，磷酸化多肽PROTACs依赖于在许多肿瘤类型中发现的错误调节的激酶活性以阻止细胞信号传导和生长。如果，激酶结构突变以阻止磷酸化多肽PROTACs结合可能会导致激酶信号传导的丧失。既然都会导致死亡，故细胞对磷酸化多肽PROTACs不太会产生突变引发耐药。

4、最后，这种方法的一个关键优势是可针对“未成药”靶蛋白。磷酸化多肽PROTACs可降解不同信号传导途径的靶蛋白，因为许多重要的酪氨酸激酶，如含有SH2或PTB结构域的蛋白质相互结合是已知的，它将在“未成药”靶蛋白的药物设计领域独领风骚。

下一周，将和大家分享Crag Crews研究组利用E3泛素连接酶Cereblon降解Brd4的小分子PROTACs设计的故事，敬请关注分迪科技微信公众号。

参考文献

1. Hines, J.; Gough, J. D.; Corson, T. W.; Crews, C. M.,Posttranslational protein knockdown coupled to receptor tyrosinekinase activation with phosphoPROTACs. Proc Natl Acad Sci, 2013,110(22), 8942-7.  

DOI：10.1073/ pnas.1217206110

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