近日,北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院韩霆实验室与黄牛实验室、在《Cell》上发表研究论文,揭示了乙酰丙嗪代谢产物(S)-ACE-OH的TRIM21介导分子胶活性,并设计了新型PROTAC分子TrimTAC,实现多聚蛋白的选择性降解而不影响单体蛋白。TrimTAC技术因其在异常蛋白聚集相关疾病中的应用前景备受关注。
DeepKinase的DoTD平台为本文提供质谱分析支持。
研究人员首先通过基于表型的高通量筛选发现了乙酰丙嗪(ACE)能与干扰素协同杀伤非小细胞肺癌细胞系A549。使用乙酰丙嗪处理多种肿瘤细胞系和正常细胞,发现乙酰丙嗪对部分肿瘤细胞系选择性杀伤,但不影响另一些肿瘤细胞系以及正常细胞。进一步研究发现,ACE敏感细胞系通过醛酮还原酶将ACE还原成了S构型的羟乙基丙嗪(ACE-OH),而(S)-ACE-OH是杀伤肿瘤细胞的ACE代谢产物。
为了探究(S)-ACE-OH如何杀伤肿瘤细胞,研究人员进行了全基因组CRISPR筛选,发现TRIM21是介导(S)-ACE-OH杀伤肿瘤细胞的关键因子。通过基因敲除和过表达实验证明了TRIM21的表达量与(S)-ACE-OH的细胞毒性成正相关;而TRIM21的表达则受到干扰素的诱导。上述发现为ACE和干扰素的协同杀伤肿瘤细胞的活性提供了合理的解释。
TRIM21是一种先天免疫受体,可识别逃逸到细胞质内并且被抗体包被的病毒,从而触发抗病毒免疫反应。TRIM21的C端PRYSPRY结构域具有一个疏水口袋,可结合抗体的Fc区。研究人员在TRIM21的Fc结合口袋中构建了几个点突变,发现W381A或W383A突变完全阻断了乙酰丙嗪的活性,而D355A突变则增强了乙酰丙嗪的敏感性,上述结果表明TRIM21与Fc结合的口袋很可能也是(S)-ACE-OH结合的位点。
由于TRIM21具有E3泛素连接酶活性,研究人员通过定量质谱实验发现(S)-ACE-OH可以诱导NUP35、SMPD4和GLE1等多个核孔蛋白的降解,从而破坏了核孔结构,造成核质主动转运功能的丧失。为了探究核孔复合物上TRIM21直接的作用靶点,研究人员进行了CRISPR-suppressor scanning和PML-degron融合蛋白降解实验,将核孔复合物上的靶点锚定到了NUP98。研究人员进一步使用GST pulldown和ITC实验在体外重构了(S)-ACE-OH、TRIM21和NUP98的三元复合物,从而证明 (S)-ACE-OH是一种全新的分子胶。
研究人员通过X射线晶体衍射获得了乙酰丙嗪及其代谢产物与TRIM21的共晶结构,为新配体的开发和PROTAC的设计提供了方向。根据晶体结构设计了基于TRIM21的PROTAC(命名为TrimTAC)。通过对比TrimTAC和传统的基于CRBN的PROTAC的细胞活性,发现TrimTAC不能降解单体蛋白,但能降解聚集形式的蛋白;而基于CRBN的PROTAC不具备上述选择性。这一特性来源于TRIM21的本身性质:与多聚的靶蛋白结合后,TRIM21的RING结构域二聚,才能激活其E3泛素连接酶的活性。为了验证TrimTAC在疾病治疗方面的应用前景,研究人员使用TrimTAC实现了胞质DNA诱导的cGAS聚集体的选择性降解,从而为TrimTAC治疗自身免疫性疾病提供了潜在应用场景。
综上所述,本研究发现乙酰丙嗪的代谢产物 (S)-ACE-OH 具有分子胶活性,诱导 E3 泛素连接酶 TRIM21 与核孔蛋白 NUP98 相互作用,从而引发核孔蛋白的降解。基于乙酰丙嗪衍生的 TrimTAC 分子可以实现对多聚致病蛋白的选择性降解,而不影响单体蛋白。由于蛋白质异常聚集可导致自身免疫疾病、神经退行性疾病及癌症等多种疾病,该研究展示了多聚体选择性的TrimTAC技术的广阔应用前景。在此研究基础上,韩霆实验室和黄牛实验室正在开展进一步合作,利用大规模虚拟筛选技术发现更多结构类型的TRIM21配体,为后续TrimTAC药物开发奠定基础。
图
基于TRIM21的分子胶和PROTAC的作用机理以及未来的应用方向
嘉华药锐-DoTD平台
DoTD平台(Deep Omics of Target Degradation) 是一款专为靶向蛋白降解(TPD)研究开发的创新组学分析平台,凭借深厚的靶向蛋白降解技术积累,DoTD在市场中独树一帜。
平台提供全面且定制化的实验支持,从细胞系选择到质谱方法优化,涵盖了TPD研究全流程。DoTD的智能数据解读和深度迭代建议,帮助科研人员快速识别降解靶点、优化实验策略,显著提高研究效率。同时,平台内置的专有算法可实现精准的靶标识别和分子分组,覆盖传统方法无法达到的分析深度,为靶向蛋白降解领域带来突破性解决方案。
DoTD平台不仅是实验支持工具,更是助力科研人员创新发现的核心伙伴。
论文链接
https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(24)01197-8
关于DeepKinase
DeepKinase嘉华药锐科技有限公司,品牌名“旦白志”,是一家功能蛋白质组学技术平台企业,赋能精准医疗和创新药物研发。公司由高层次科学家、资深产业专家和成功创业者于2019年联合创立,核心团队兼具强大的科研实力和产业化经验。
公司凭借自主、前沿的蛋白质组学技术,实现深度靶向蛋白质组学技术产品化,并拥有自主知识产权的SH2超亲体富集技术。已自主研发出DoTK®、QSure®千序、DoDT®等平台和产品线。公司与多家医院和知名企业建立合作伙伴关系,辐射京津冀、长三角和北美市场,并已完成多轮数亿元融资。
公司坚持“实事求是”的价值观,并一直不懈努力,致力于实现“让癌症成为慢性病”的愿景。如果把肿瘤比作黑箱,嘉华药锐则致力于利用公司拥有的PCT核心专利技术,在黑箱中点亮探照灯,让蛋白质组学真正推动精准医疗走入下一个时代。
收藏
登录后参与评论