今天分享一篇發(fā)表在Nature Chemical Biology上的文章，通訊作者是來自美國耶魯大學(xué)化學(xué)系的David A. Spiegel教授，主要通過合成新材料或者小分子來研究人類疾病過程的分子機制并開發(fā)相關(guān)治療方法。
基于小分子的蛋白靶向降解策略有很大的治療潛力，其中靶向蛋白酶體降解技術(shù)PROTACs應(yīng)用最為廣泛，但其卻無法降解未暴露于細(xì)胞質(zhì)中的目標(biāo)蛋白。目前針對細(xì)胞外蛋白的降解策略包括靶向溶酶體的LYTACs、抗體驅(qū)動的ASGPR靶向方法等。其中，肝細(xì)胞中的去唾液酸糖蛋白受體ASGPR本身介導(dǎo)很多內(nèi)源型循環(huán)蛋白的降解、在調(diào)節(jié)細(xì)胞外蛋白濃度中發(fā)揮作用，可以通過內(nèi)吞作用將目標(biāo)蛋白送至溶酶體中進行降解。此前的研究中，已有通過抗體偶聯(lián)的策略，并通過ASGPR來進行細(xì)胞外蛋白的靶向降解。
而本文作者則希望通過發(fā)展雙功能小分子MoDE-As來介導(dǎo)細(xì)胞外靶蛋白和ASGPR的三元復(fù)合物形成，并通過內(nèi)吞和溶酶體蛋白酶實現(xiàn)目標(biāo)蛋白的降解。他們在a-DNP抗體上驗證了這一方法的可行性，并第一次在體內(nèi)驗證了細(xì)胞外蛋白質(zhì)降解技術(shù)的可行性。在設(shè)計上，MoDE-A由ASGPR結(jié)合基序、PEG間隔片段、靶蛋白結(jié)合基序組成。作者首先利用二硝基苯基團構(gòu)建靶向a-DNP抗體的小分子D-MoDE-A，使用了熒光標(biāo)記的a-DNP抗體和D-MoDE-A共孵育HepG2細(xì)胞，利用流式細(xì)胞術(shù)檢測到了細(xì)胞表面上三元復(fù)合物熒光信號產(chǎn)生。與此同時，這種熒光信號可以被ASGPR或a-DNP抗體競爭性結(jié)合的試劑抑制。為了研究靶蛋白進入細(xì)胞的機制，使用不同的內(nèi)吞途徑抑制劑處理細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)是依賴于網(wǎng)格蛋白的內(nèi)吞作用介導(dǎo)了靶蛋白復(fù)合物進細(xì)胞。在證明D-MoDE-A能夠介導(dǎo)細(xì)胞外抗體蛋白的內(nèi)吞后，作者也將該方法拓展至巨噬細(xì)胞遷移抑制因子MIF蛋白上，使用MIF抑制劑的結(jié)構(gòu)構(gòu)建Ｍ-MoDE-A。雖然MIF和所用配體之間的親和力較弱，但是仍可以在增加了Ｍ-MoDE-A的濃度之后發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)熒光信號增加，并證明MIF通過M-MoDE-A進入細(xì)胞。這些結(jié)果說明了MoDE-A的通用性。
在確定復(fù)合物能夠形成之后，作者希望確定進入細(xì)胞的蛋白的去向。他們通過熒光成像發(fā)現(xiàn)a-DNP抗體在進入細(xì)胞后被迅速運向溶酶體、和蛋白LAMP2共定位，并通過Western發(fā)現(xiàn)蛋白隨時間變化逐漸進入細(xì)胞并在溶酶體中被溶酶體蛋白酶降解。最后，它們希望測試D-MoDE-A在體內(nèi)進行靶向降解的能力。在向含有a-DNP抗體的小鼠每日注射D-MoDE-A的情況時，在21天的范圍內(nèi)血漿a-DNP的水平顯著下降，同時不明顯影響小鼠的正常生理狀態(tài)。此外，注射M-MoDE-A也能夠?qū)е卵獫{中MIF水平下降。這些結(jié)果證明了MoDE-A在小鼠體內(nèi)通過ASGPR介導(dǎo)細(xì)胞外蛋白的靶向降解的能力。總之，本文開發(fā)了雙功能小分子MoDE-A并實現(xiàn)了對細(xì)胞外蛋白質(zhì)的靶向降解。該靶向降解策略能夠在小鼠體內(nèi)使用，大大拓展了蛋白靶向降解的可用范圍。文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41589-021-00851-1原文引用：DOI：10.1038/s41589-021-00851-1
