第二十六屆中國國際醫藥(工業)展覽會暨技術交流會
API China 2022第88屆中國國際醫藥原料藥/中間體/包裝/設備交易會
展會時間:2022年05月10日-12日   展覽地點:青島    展館名稱:青島世博城國際展覽中心

蛋白質降解新技術: 除了火熱的PROTAC,還有LYTAC,AUTAC,ATTEC

蛋白質降解新技術: 除了火熱的PROTAC,還有LYTAC,AUTAC,ATTEC

目前的研究已經揭示了大量致病蛋白質靶點,這些致病蛋白的異常蓄積和毒性可能直接導致許多疾病,例如神經退行性疾病和2型糖尿病。傳統的基于抑制劑識別的藥物發現策略受到靶標蛋白特定的可利用的結合位點的要求,而這些結合位點的占有率直接影響到它們的功能。由于這些要求,幾乎所有與疾病相關的支架蛋白、轉錄因子和其他非酶蛋白基本上都不能用抑制劑的方法開發藥物。
解決這一問題的一個想法是加強蛋白質質量控制系統,以便這些無法下藥的致病蛋白質可以被糾正或消除。例如,通過以分子伴侶為靶點的小分子重塑蛋白平衡網絡或誘導應激反應,可能會減少動物模型中多種疾病相關蛋白的聚集和毒性。此外,自噬的誘導可能為許多可能由致病蛋白引起的神經退行性疾病提供一種潛在的治療策略。雖然這些方法在治療多種疾病方面有潛力,但它們會誘導體內所有的細胞變化,因此可能會產生廣泛的非特異性影響,或者誘導強大的代償機制,抵消它們的有益影響。

一種更具體的策略是選擇性地降低致病蛋白的水平。一種可能的方法是基因治療:分別通過以核酸為基礎的RNA或DNA靶向試劑,如反義寡核苷酸和基因組編輯試劑,使基因沉默(圖1A)。盡管前景看好,但這種方法面臨著一些關鍵挑戰。因為它們是大的生物分子,基因治療試劑很難輸送,特別是對神經系統疾病,而且價格會十分昂貴。

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小分子誘導的蛋白降解是選擇性降低致病蛋白水平的一種有吸引力的方法,可以滿足巨大的未得到滿足的醫療需求。已經建立了幾種新的方法來實現這一目標。

小分子誘導的選擇性蛋白質降解技術:HYT,PROTAC
小分子能夠通過添加被降解機制識別的標簽來誘導目標感興趣的蛋白(POI)的選擇性降解。在2011-2012年間,研究人員報告了小分子疏水標簽(HYT)誘導的POI降解。HYT是由一個疏水片段和一個與POI結合的配體組成的分子實現的。因此,HYT分子與POI結合,并在其上添加疏水片段,導致熱休克蛋白的識別和招募,隨后蛋白酶體降解(圖1B)。雖然HYT是一個有趣的概念,但它還沒有得到廣泛應用。
目前,小分子誘導蛋白質降解的主流方法是蛋白質水解靶向嵌合體(PROTAC)技術,它提供了一種有效的策略來降解不可用藥的POI,并得到了廣泛的研究。PROTAC分子是將POI拴在特定的E3連接酶亞單位上,以增強POI的泛素化,導致其隨后被蛋白酶體降解(圖1C)。
致力于PROTAC蛋白降解療法的Arvinas公司,近日公布了其PROTAC蛋白降解劑ARV-471和ARV-110的最新臨床結果,初步臨床結果十分可喜。ARV-471是一款靶向雌激素受體(ER)的蛋白降解劑,一期臨床試驗數據顯示,在接受過多種前期療法的ER+/HER2-晚期或轉移性乳腺癌患者中,ARV-471能夠顯著降低患者腫瘤組織中的ER表達水平,雌激素受體平均下調62%,最高下調90%,有成為”Best-in-class”的ER降解劑藥物的潛力(圖2)。

雖然PROTAC領域正在蓬勃發展,但也發現了一些潛在的限制:PROTAC分子通常具有高分子量(>800 Da)和相對較高的極性表面積,可能導致溶解度低、細胞通透性差、口服生物利用度和血腦屏障穿透性低。PROTAC的作用依賴于特定的E3連接酶亞單位,因此受到其表達的影響,從而將其應用于特定的細胞類型。對特定E3連接酶亞單位的依賴也可能導致PROTAC治療后癌細胞產生耐藥性。

誘導蛋白質降解的溶酶體降解途徑的新概念:LYTAC,AUTAC,ATTEC
盡管PROTAC技術非常有前途,但它對特定E3連接酶表達和蛋白酶體途徑的依賴可能會限制其在特定細胞類型或蛋白酶體耐藥蛋白方面的潛在應用。
最近出現了關于溶酶體降解途徑的新技術:LYTAC,AUTAC,ATTEC技術,它們是一種獨立于蛋白酶體的主要降解途徑(圖3)。溶酶體降解途徑包括內體/溶酶體途徑和自噬途徑。內體/溶酶體途徑涉及幾個膜結合的細胞內隔室的順序處理:內吞的物質被結合,并通過早期的內體、內體載體小泡、晚期的內體和溶酶體進行隨后的水解。自噬途徑始于一種被稱為吞噬載體的孤立的膜結構,該結構來源于脂質雙層和脂化的LC3蛋白。這種吞噬體會膨脹,吞噬細胞內的貨物(自噬底物),包括蛋白質和其他生物分子,甚至細胞器,從而將它們隔離在一個叫做自噬小體的雙層小泡中。裝載的自噬體會隨著蛋白的降解而成熟。因此,內體/溶酶體途徑和自噬途徑能夠降解靶物質。

LYTAC(溶酶體靶向嵌合體)技術

LYTAC(溶酶體靶向嵌合體)技術是利用內酶體/溶酶體途徑降解POI的一種很有前途的策略。LYTAC分子可以作用于細胞外蛋白和膜結合蛋白,如EGFR。這些類型的蛋白質通常對PROTAC具有耐藥性,PROTAC主要針對細胞內的蛋白質。LYTAC分子由針對特定POI的抗體組成,20-或90-聚體的甘露糖-6-磷酸(M6P)共價連接到該抗體上。M6P是一種糖鏈,通過與陽離子無關的M6P受體(CI-M6PR)結合,靶向蛋白質進行降解。因此,M6P結合的抗體,即LYTAC分子,被這個內源性系統識別,用于糖基化蛋白的溶酶體降解,并將多糖與POI一起帶到溶酶體進行降解(圖3A)。
LYTAC技術的優點是能夠降解胞外和膜相關的POI,并利用普遍表達的內源性降解途徑。主要的限制是LYTAC分子相對較大,因此失去了小分子藥物所希望的性質。
自噬靶向嵌合體(AUTAC)技術
LYTAC技術針對的是胞外或膜上的POI,指向內酶體/溶酶體途徑,不適用于胞漿蛋白。然而,這些可以成為自噬的靶點,而自噬靶向降解技術對于胞質POI來說是非常理想的,特別是那些對PROTAC分子具有抗藥性的POI。最近報道了兩種利用自噬途徑的降解物技術。
自噬靶向嵌合體(AUTAC)的設計與PROTAC技術相似。AUTAC和PROTAC分子都通過泛素化發揮作用。然而,AUTAC分子不是將POI拴在E3連接酶亞單位上并觸發K48多泛素化,而是觸發K63多泛素化,K63多泛素化被選擇性的自噬途徑識別,導致靶POI的降解。AUTAC分子包含降解標簽(鳥嘌呤衍生物)和POI配體以提供靶標特異性。降解標簽模仿S-鳥苷酸,即用8-硝基-cGMP或類似化合物處理形成的Cys-cGMP的翻譯后修飾(圖3B)。研究顯示AUTAC分子能夠降解POI和細胞器,如受損的線粒體。對于AUTAC,其作用機制尚不清楚,特別是關于S-鳥苷酸是如何誘導K63多泛素化的。這可以通過識別這種修飾的蛋白質的相互作用組或者通過生化篩選S-鳥苷酸誘導的K63多泛素化的修飾物來解決。
自噬-栓系復合物(ATTEC)   
自噬-栓系復合物(ATTEC)的技術是一種利用自噬來降解POI的更直接的策略。與PROTAC和AUTAC不同,ATTEC分子不依賴泛素化。ATTEC分子通過直接結合POI和關鍵的自噬小體蛋白LC3將POI與自噬小體捆綁在一起(圖3C)。一項概念驗證研究建立了一種高通量篩選策略,以確定針對突變HTT蛋白的化合物,突變HTT蛋白是一種導致亨廷頓病(HD)的蛋白,具有擴展的聚谷氨酰胺(PolyQ)。研究表明,這些化合物在細胞和動物模型中都能降解mHTT,并能挽救HDR相關表型。ATTEC分子還能夠降解其他引起PolyQ蛋白的疾病,例如引起脊髓小腦性共濟失調III型的突變型ATXN3。一些ATTEC分子能夠通過血腦屏障,并在約100 nm的濃度下發揮作用,這為藥物發現提供了別致的切入點。

ATTEC分子通過直接與自噬蛋白LC3相互作用,繞過泛素化過程,具有很大的潛力降解不同類型的靶標,包括自噬識別的非蛋白質貨物,如DNA/RNA分子,受損的細胞器等。但AUTAC是否影響全身自噬還有待闡明,以避免功能蛋白和細胞器的非特異性降解。

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主辦單位:中國食品藥品國際交流中心
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