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原创 | 药物选择性新策略:诱导蛋白蛋白相互作用

美中药源 2019-10-14 09:12:17

 


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新闻事件

这一期的《自然化学生物学》杂志发表了一篇英国邓迪大学Ciulli组的一项新工作。这个研究首次得到一个PROTAC化合物MZ1与降解底物BRD4和E3连接酶VHL形成的三组分复合物的晶体结构。这个晶体结构显示不仅MZ1同时与这两个蛋白结合,还诱导了这两个蛋白之间的相互作用,形成了一个688平方埃的结合区。点变异这个结合区的氨基酸虽然不影响MZ1的结合能,但确实降低MZ1/Brd4/VHL三组分复合物的稳定性。最后作者根据这些晶体结构信息设计了一个代号为AT1的新PROTAC,可以选择性增加BRD4(相对于其它BRD)与VHL的结合能,从而选择性降解BRD4而没有影响高度相似的其它BRD。

药源解析

PROTAC是15年前发明的技术,但近几年因为在几个蛋白尤其是BET族蛋白显示高细胞活性和药物水平的药代性质而成为整个制药业关注的新技术。和传统抑制蛋白不同,PROTAC同时与目标蛋白和连接酶结合。后者可以把目标蛋白泛素化,从而被蛋白组降解。理论上PROTAC只需要催化剂量即可、也不需要活性很高,因为目标蛋白被降解后PROTAC还可以继续工作。这可能成为调控所谓不成药(undruggable)靶点的一个突破口。


这项工作不仅得到了第一个三组分复合物的晶体结构,还发现了E3与目标蛋白在复合物中也有结合、并对复合物的稳定性有重要贡献,这为提高药物选择性开辟了一个新路径。很多蛋白都有多个结构类似、但功能不同甚至相反的同源蛋白。药物分子有时需要只抑制其中一个,这是小分子药物发现的一个重要技术障碍。现在主要的策略是使用催化腔以外的所谓别构抑制剂,但这类抑制剂通常活性欠佳,很多蛋白根本找不到别构抑制剂。抗体药物选择性好很多但胞内靶点多数无法用抗体控制。


当然小分子药物也可以通过增加与蛋白的结合面积提高选择性,但代价是随着分子量的增加化合物的其它性质如药代性质会变差。这篇文章的策略利用了本来就在细胞内存在的配体(即VHL),所以在一定程度上避开了这个问题。当然PROTAC分子通常也很大,PK也是一个主要障碍。但现在已有有体内活性PROTAC化合物的报道,甚至今年就可能会有进入临床研究的PROTAC药物。


一个相关的技术是Warp Drive Bio的SMART技术。这个技术用小分子药物把内源性调控蛋白(而不是泛素化的E3连接酶)导向到目标蛋白,号称也可以调控不成药靶点。当然SMART类似传统抑制剂,要求内源性调控蛋白与目标蛋白结合能足够高。而PROTAC不需要太高活性。事实上因为一个叫做hook effect的现象,PROTAC活性不宜过高,至少与E3和目标蛋白的结合能不能差距太大,否则无法形成所需要的三组分复合物。如果这种诱导蛋白蛋白相互作用是普遍存在的现象,那么未来药物的选择性有望有较大提高。


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