精准广谱蛋白降解技术：dTAG

【新闻事件】：今天的《自然化学生物学》杂志发表一篇原哈佛大学教授、现在诺华研发总监Jay Bradner的最新研究。作者发明一个叫做降解标签（dTAG）的蛋白降解技术，可以作为靶点发现、确证的有效工具。这个技术利用CRISPR把一个变异非天然蛋白FKBP12（F36V） 与降解目标蛋白融合，然后用一系列过膜性较好、可以与FKBP12（F36V）和E3链接酶cereblon选择性结合的PROTAC化合物（名曰dTAG化合物）降解这个融合蛋白。作者利用这个技术降解了BET、KRAS，并发现泛BET降解比选择性降解BRD4更有效。FKBP12（F36V）与荧光蛋白融合后细胞植入动物体内可以非侵入检测动物体内蛋白降解动力学。

【药源解析】：靶点发现和确证是新药发现的限速步骤之一，因为多数药物是抑制剂所以靶点确证通常是用各种技术把目标蛋白水平降低然后观测失去这个蛋白功能后生理、病理过程的变化。现在有多种技术可以做到这一点，如DNA编辑（CRISPR、ZFN）、基因敲除、RNA敲低、选择性小分子抑制剂等，对于胞外靶点还可以使用抗体和多肽工具。但这些技术都有局限，选择性是一个共同问题。如果你同时降低多个相关蛋白水平，那么难以判断哪个蛋白是疾病发生原因。基因敲除技术还有时间滞后、蛋白损失不可逆等问题。

使用内源性蛋白作为标签与目标蛋白融合而降解目标蛋白技术早就有，但这会降解细胞内自身存在的内源性标签蛋白水平，干扰目标蛋白降解的生物学后果。dTAG技术使用的是非内源性蛋白，理论上不影响目标蛋白外的其它蛋白、包括野生标签蛋白。这种变异标签蛋白可以和体内任何蛋白都有较大区分，所以配体活性和选择性的优化更容易。而一旦这个高活性、高选择性配体找到后，标签蛋白可以作为卧底与很多目标蛋白融合、与dTAG里应外合降解目标蛋白。因为不需要花大量时间去为每个目标寻找高选择性配体，这个单一dTAG体系可以作为一个广谱、通用蛋白降解工具。因为蛋白降解速度较快，可以即时观察蛋白功能消失后的细胞变化。当然外源性蛋白稳定性是个问题，FKBP12（F36V）需要一个叫做Shield-1的分子保持稳定。

早就有零星报道小分子药物与蛋白结合后会诱导该蛋白降解，如有些雄激素受体拮抗剂会诱导该受体降解。但有组织、有纲领、大规模降解蛋白的PROTAC技术最近才开始成熟。尽管这个技术仍然有诸多障碍如PROTAC分子通常过膜性、代谢稳定性、口服吸收比一般小分子药物差，但其催化剂量、快速可逆反应、彻底摧毁整个蛋白而不是抑制其部分功能等优势令这个技术成为现在小分子药物开发最重要的投资领域。Bradner前一阵采访C&EN News时说借助一点运气我们可以降解任何蛋白，看来话出有因。虽然dTAG无法作为药物使用，但是高选择性的靶点确证技术并不比发现新药容易，意义也非常重大。

PROTAC和dTAG是两个更广泛技术、即双功能分子和化学诱导结合（chemically induced proximity, CIP）技术的结合产物。双功能分子也是一个广泛使用的技术，如现在如火如荼的双特异抗体和多靶点药物。CIP最近20年被广泛用于化学生物学研究，如FK1012（不需要数学太好就能看出是FK506二聚体）可以起到类似支架蛋白的作用把两个受体在空间上拉到一起，诱发生物学反应。因为细胞内蛋白、尤其是调控性蛋白浓度很低，而CIP可以与两个蛋白形成三聚体，令分子间反应变成分子内反应，所以效率和选择性大增。CIP也被用于控制CAR-T疗法毒性，如Bellicum的CaspaCIDe®技术就是利用小分子诱导胱天蛋白酶双聚导致细胞凋亡。这些复杂技术比神农尝百草效率更高，对现代新药发现十分重要。

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