精準廣譜蛋白降解技術：dTAG

2018年3月29日 | Filed under: 制藥工業(yè),制藥企業(yè),藥物化學,新藥研發(fā),制藥常識,文獻綜合 | Posted by: 路人丙

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【新聞事件】：今天的《自然化學生物學》雜志發(fā)表一篇原哈佛大學教授、現(xiàn)在諾華研發(fā)總監(jiān)Jay Bradner的最新研究。作者發(fā)明一個叫做降解標簽（dTAG）的蛋白降解技術，可以作為靶點發(fā)現(xiàn)、確證的有效工具。這個技術利用CRISPR把一個變異非天然蛋白FKBP12（F36V）與降解目標蛋白融合，然后用一系列過膜性較好、可以與FKBP12（F36V）和E3鏈接酶cereblon選擇性結合的PROTAC化合物（名曰dTAG化合物）降解這個融合蛋白。作者利用這個技術降解了BET、KRAS，并發(fā)現(xiàn)泛BET降解比選擇性降解BRD4更有效。FKBP12（F36V）與熒光蛋白融合后細胞植入動物體內可以非侵入檢測動物體內蛋白降解動力學。

【藥源解析】：靶點發(fā)現(xiàn)和確證是新藥發(fā)現(xiàn)的限速步驟之一，因為多數(shù)藥物是抑制劑所以靶點確證通常是用各種技術把目標蛋白水平降低然后觀測失去這個蛋白功能后生理、病理過程的變化。現(xiàn)在有多種技術可以做到這一點，如DNA編輯（CRISPR、ZFN）、基因敲除、RNA敲低、選擇性小分子抑制劑等，對于胞外靶點還可以使用抗體和多肽工具。但這些技術都有局限，選擇性是一個共同問題。如果你同時降低多個相關蛋白水平，那么難以判斷哪個蛋白是疾病發(fā)生原因。基因敲除技術還有時間滯后、蛋白損失不可逆等問題。

使用內源性蛋白作為標簽與目標蛋白融合而降解目標蛋白技術早就有，但這會降解細胞內自身存在的內源性標簽蛋白水平，干擾目標蛋白降解的生物學后果。dTAG技術使用的是非內源性蛋白，理論上不影響目標蛋白外的其它蛋白、包括野生標簽蛋白。這種變異標簽蛋白可以和體內任何蛋白都有較大區(qū)分，所以配體活性和選擇性的優(yōu)化更容易。而一旦這個高活性、高選擇性配體找到后，標簽蛋白可以作為臥底與很多目標蛋白融合、與dTAG里應外合降解目標蛋白。因為不需要花大量時間去為每個目標尋找高選擇性配體，這個單一dTAG體系可以作為一個廣譜、通用蛋白降解工具。因為蛋白降解速度較快，可以即時觀察蛋白功能消失后的細胞變化。當然外源性蛋白穩(wěn)定性是個問題，F(xiàn)KBP12（F36V）需要一個叫做Shield-1的分子保持穩(wěn)定。

早就有零星報道小分子藥物與蛋白結合后會誘導該蛋白降解，如有些雄激素受體拮抗劑會誘導該受體降解。但有組織、有綱領、大規(guī)模降解蛋白的PROTAC技術最近才開始成熟。盡管這個技術仍然有諸多障礙如PROTAC分子通常過膜性、代謝穩(wěn)定性、口服吸收比一般小分子藥物差，但其催化劑量、快速可逆反應、徹底摧毀整個蛋白而不是抑制其部分功能等優(yōu)勢令這個技術成為現(xiàn)在小分子藥物開發(fā)最重要的投資領域。Bradner前一陣采訪C&EN News時說借助一點運氣我們可以降解任何蛋白，看來話出有因。雖然dTAG無法作為藥物使用，但是高選擇性的靶點確證技術并不比發(fā)現(xiàn)新藥容易，意義也非常重大。

PROTAC和dTAG是兩個更廣泛技術、即雙功能分子和化學誘導結合（chemically induced proximity, CIP）技術的結合產物。雙功能分子也是一個廣泛使用的技術，如現(xiàn)在如火如荼的雙特異抗體和多靶點藥物。CIP最近20年被廣泛用于化學生物學研究，如FK1012（不需要數(shù)學太好就能看出是FK506二聚體）可以起到類似支架蛋白的作用把兩個受體在空間上拉到一起，誘發(fā)生物學反應。因為細胞內蛋白、尤其是調控性蛋白濃度很低，而CIP可以與兩個蛋白形成三聚體，令分子間反應變成分子內反應，所以效率和選擇性大增。CIP也被用于控制CAR-T療法毒性，如Bellicum的CaspaCIDe?技術就是利用小分子誘導胱天蛋白酶雙聚導致細胞凋亡。這些復雜技術比神農嘗百草效率更高，對現(xiàn)代新藥發(fā)現(xiàn)十分重要。