蛋白保護主義：DUBTAC問世

2021年5月12日 | Filed under: 制藥工業(yè),制藥企業(yè),藥物化學(xué),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】：這個月加州大學(xué)伯克利分校的Nomura小組在bioRxiv上傳了一篇化學(xué)誘導(dǎo)去泛素的論文（Nomura DUBTAC 2021.pdf）。這個叫做DUBTAC的技術(shù)與現(xiàn)在火熱的誘導(dǎo)蛋白降解技術(shù)PROTAC思路類似、但功能相反，是通過雙功能分子誘導(dǎo)去泛素酶（DUB）選擇性水解目標靶點的泛素、從而降低目標蛋白的降解。作者因為從事蛋白組學(xué)研究多年，首先搜尋了自己以前用不可逆探針研究中有哪些DUB可以被這些探針標記、有哪些可以選擇性標記非催化半胱氨酸（這個很重要），最后找到一個叫做OTUB1的DUB。然后作者用一個不可逆OTUB1配體與一個上市藥物、變異F508-CFTR 受體修復(fù)劑lumacaftor用短鏈接起來成為第一代DUBTAC，并顯著降低變異F508-CFTR的降解速度。這個選擇性很差配體做成的DUBTAC選擇性還不錯，270個標記蛋白只有5個可能與OTUB競爭。Nomura是著名化學(xué)生物學(xué)大牛Cravatt弟子之一，這個工作很多關(guān)鍵技術(shù)來自Cravatt。

【藥源解析】：隨著一代PROTAC藥物進入臨床并顯示一定療效和安全性，蛋白降解正在成為小分子藥物開發(fā)的一個重要前沿。除了降解胞內(nèi)蛋白的PROTAC，還有降解膜蛋白的ENTAC、胞外蛋白的LYTAC、降解RNA的RIBOTAC、誘導(dǎo)自噬的AUTAC、和單功能分子膠。沿著類似思路用雙功能分子把磷酸酶（PHICS）、激酶與靶向蛋白配對改變磷酸化水平也有人在做，理論上很多蛋白表達后修飾機制都可能通過這些雙功能分子來引導(dǎo)。泛素、去泛素與磷酸酶、激酶關(guān)系一樣，一個紅臉一個白臉共同調(diào)控泛素化這個關(guān)鍵功能。這是第一個公開發(fā)表的DUBTAC，除了功能之外其它性質(zhì)目測都與PROTAC比較相似。

盡管DUBTAC看起來是個與PROTAC非常接近的概念，但具體執(zhí)行起來還是有很多關(guān)鍵的不同。一是配體結(jié)合點。PROTAC靶向的E3主要是個骨架蛋白，但DUBTAC的DUB需要保留催化功能。你的配體如果與催化腔結(jié)合即使可以把DUB與靶點蛋白拉到一起，但如果結(jié)合腔已經(jīng)被DUBTAC占據(jù)那還是無法撕下靶點蛋白的死囚令。作者為了篩選與活性腔半胱氨酸有足夠選擇性的別構(gòu)腔半胱氨酸配體花了不少力氣。二是這兩個技術(shù)對這兩個酶活性的要求可能不同。PROTAC可能只需要低水平泛素化靶點就可以一點點把目標蛋白降解，但DUBTAC可能需要把絕大數(shù)泛素都水解才能避免靶點被降解。當(dāng)然這個要求是理論上的，這篇文章發(fā)現(xiàn)只要OTUB有60%被DUBTAC占據(jù)就可以保護CFTR。一個相關(guān)的障礙是DUB的胞內(nèi)濃度，我記得OTUB至少在某些細胞的濃度高達1uM、所以60%的占有率也不是容易做到的事情。最后PROTAC對目標蛋白的泛素化水平要求不高，但DUBTAC要起作用目標蛋白首先要已經(jīng)被泛素化。

有些蛋白降解掉有助于疾病治療、但有些蛋白需要保護。比如作者挑選的這個CFTR 受體是引起囊腫性纖維化的原因， F508變異是最主要的變異、該受體因此變得不穩(wěn)定被提前降解。此前制藥界的策略是用各種小分子藥物來穩(wěn)定這個受體結(jié)構(gòu)、增加受體在細胞膜蓄積等。福泰的三藥組合已經(jīng)是超重磅藥物、其中Kalydeco曾是第一個FDA突破性藥物，一個患者母親把該藥物分子結(jié)構(gòu)紋在自己腳背上、以示感謝。CF是個非常殘忍的疾病，曾有一個叫做《相隔5碼》的電影描寫這些青少年的生活。現(xiàn)在的小分子藥物已經(jīng)大大改善了CF治療，但用不同機理增加CFTR可能提供新的收益。當(dāng)然除了CFTR還有很多蛋白需要保護，最有名的當(dāng)屬腫瘤四大名捕之首的p53。

E3和DUB都有很多，但除了少數(shù)幾個有相對高活性配體、無論E3還是DUB要找到分子量較小的高活性配體都不容易。今天這個工作選擇了低懸的共價配體，這是個風(fēng)險較高的策略。即使你的DUBTAC與其它DUB沒什么瓜葛、但任何脫靶蛋白與這么大的分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)都是一件讓人擔(dān)心的事情。和PROTAC一樣DUBTAC也是藥代性質(zhì)難以優(yōu)化的柔性高分子量化合物，開發(fā)面臨類似障礙。泛素水平在蛋白降解復(fù)雜調(diào)控過程中也不一定總是限速步驟，比如泛素化的蛋白還需要被ATP酶從細胞膜、組蛋白等大結(jié)構(gòu)中提取出來，如果這個過程掉鏈子還是無法降解或保護靶點蛋白。不過最近各種TACs的發(fā)明令小分子藥物開發(fā)有了令人振奮的前進方向，希望能有真正的顛覆性療法從這些技術(shù)中產(chǎn)生。

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