PROTAC—小分子化合物蛋白降解技術｜MedChemExpress

PROTAC 本質

PROTAC 是一種雜合雙功能小分子化合物，結構中含有兩種不同配體，一個是泛素連線酶 E3 配體，另一個是與細胞中目標靶蛋白結合的配體，兩個配體之間透過 Linker 相連，從而形成“三體”聚合物——靶蛋白配體-Linker-E3 配體。然後透過 E3 連線酶給靶蛋白加上泛素化標籤，啟動細胞內強大的泛素化水解過程，透過泛素-蛋白酶體途徑特異性地降解靶蛋白。

PROTAC 本質

PROTAC 分子在進入細胞後，其結構中的目標蛋白（Protein of interest， POI）配體可特異性地與相應的靶蛋白結合，而另一端可以募集 E3 連線酶從而形成 POI-Linker-E3 ligase 三元複合物，其中 E3 連線酶可介導泛素結合酶 E2 對 POI 泛素化。被泛素標記的 POI 被蛋白酶體識別並降解。此過程無需靶蛋白配體長時間佔據結合位點，只需三元複合物短暫的形成便可瞬時完成目標蛋白的泛素化，並且 PROTAC 在細胞內可多次迴圈利用。

PROTAC 原理

細胞中的很多訊號通路是透過泛素-蛋白酶體途徑選擇性降解某些關鍵調控蛋白來實現調控的。細胞內每時每刻都有數以千計的蛋白泛素化過程在進行，這種對特定蛋白高度特異的識別機制主要是由 E3 泛素連線酶決定的。

泛素-蛋白酶體途徑（ubiquitin-proteasome pathway， UPP）：是細胞內蛋白降解的主要途徑，參與細胞內 80% 以上蛋白質的降解。泛素分子在一系列酶作用下，將細胞內的蛋白質分類，從中選出靶蛋白分子，對靶蛋白進行特異性修飾的過程，形成靶蛋白多聚泛素鏈。這些酶包括泛素啟用酶（E1），泛素結合酶（E2）、泛素連結酶（E3）等。這一過程是一個三酶級聯反應。靶蛋白被泛素（多肽）標記，然後被蛋白酶體識別和降解。透過這樣一個需要消耗能量的過程，細胞以高度特異方式對不需要的蛋白進行降解。值得一提的是，泛素化過程也是可逆的，泛素可被去泛素化酶（Deubiquitinase， DUB）從泛素鏈上去除，形成反向調節。

泛素化在蛋白質的代謝、調節和降解中起重要作用，蛋白質泛素化是生物體內一種常見的翻譯後修飾，同時參與細胞週期、凋亡、分化等幾乎一切生命活動的調控。泛素化與腫瘤、心血管、自身免疫等疾病的發病密切相關。

泛素分子（Ubiquitin）：是一種由 76 個氨基酸組成的小蛋白。具有高度保守的序列且存在於所有已知的真核生物體中。主要功能是標記需要分解掉的蛋白質，使其被蛋白酶體降解。泛素鏈與蛋白底物的結合形成被蛋白酶體降解的識別訊號。單獨的泛素本身並沒有任何生物功能，只是一種分子標記蛋白，發揮作用必須在 ATP 提供能量的前提下依靠泛素途徑的相關酶類及蛋白酶體。

蛋白酶體 （Proteasome）：26S 蛋白酶體是 ATP 依賴型蛋白水解複合體，由 2 個 19S 調節亞單位，1 個 20S 核心亞單位， 和 11S 調節因子構成；組成一種桶狀結構，2 個 19S 亞單位位於桶狀結構的兩端，識別多聚泛素化蛋白並使其去摺疊。20S 為催化亞單位，位於兩個 19S 亞單位的中間，其活性部位處於桶狀結構的內表面，可避免細胞環境的影響。20S 有胰蛋白酶、糜蛋白酶和谷氨醯樣肽水解活性，可以裂解大多數的肽鍵。

PROTAC 原理

泛素-蛋白酶體途徑

泛素-蛋白酶體途徑

是一種透過 PROTAC 技術形成的有效 BET 降解劑。對 BRD2（1），BRD2（2），BRD3（1），BRD3（2），BRD4（1） 和 BRD4（2） 的 Kd 值分別為 34，4。7，8。3，7。6，9。6 和 7。6 nM。ARV-771 一端是泛素連線酶 E3 配體，另一端是與靶蛋白 BET 結合配體，兩個配體之間透過 linker 相連，從而使 ARV-771 特異性低降解 BET 蛋白。

PROTAC

相關產品

由 BRD4 抑制劑 JQ1（

HY-13030

）與

Thalidomide

衍生物透過 Linker 產生的 PROTAC。能夠在低納摩爾濃度下誘導 BRD4 降解 dBET1 顯著降低了 BRD2、BRD3 和 BRD4 水平，同時具有較小的脫靶降解效應。

ARV-771

dBET1

由 PTK2/FAK 抑制劑 BI-4464 與 Pomalidomide

衍生物透過 Linker 產生的PROTAC。能夠在低納摩爾濃度下誘導 PTK2 降解。

BI-3663

目前已經發現有 600 多種 E3 泛素連線酶複合體，下面介紹研究最熱的 2 種：von Hippel-Lindau （VHL） 型和 Cereblon （CRBN） 型。

Cullin （Cul） 家族可形成調節細胞週期的活性複合體。Cullin （Cul） 家族有 6 個成員蛋白Cul1， Cul2，Cul3， Cul4， Cul5， Cul7。

C 端有 Cul 同源區 （Cul homology， CH） ， Neddy8 修飾位點：

轉錄後修飾。

多樣化的 E3 連線酶

VHL 基因是一種抑癌基因，其蛋白產物 VHL 可與 ElonginB、ElonginC、C

ullin

2

蛋白組成 VBC （VHL-ElonginB/C-CUL2） 複合物，該複合物屬於 E3-泛素蛋白酶系統，介導人體內多種蛋白的降解。

癌症中 VHL 經常發生突變，近 70% 的突變都是破環了 VHL 與

Elongin 的結合。

Cullin蛋白

羥腦苷脂 （Cereblon， CRBN） 是一種具有離子蛋白酶活性的大腦相關蛋白，可與 DNA 損傷結合蛋白-1 （DDB1）、滯蛋白 4 （Cullin4， Cul4A 或 Cul4B） 和調節因子 Cullins 1 （RoC1） 相互作用形成功能牲 E3 泛素連線酶複合體 （CRBN-CRL4），結合底物後透過泛素-蛋白酶體途徑進行蛋白水解。Cereblon也是免疫調節劑 （IMiD） 抗骨髓瘤作用的必需靶蛋白。Lenalidomide，和 Pomalidomide 等與 CRBN 結合時會招募新的底物，使其結合在 CRBN-CRL4 上，導致其泛素化和蛋白酶體依賴的降解增加。CRBN-CRL4 複合體對四肢的發育有重要作用。

Cullin 蛋白家族的其他成員也可形成不同的 E3 泛素連線酶複合體，如下圖：

N 端有 Cul 重複結構 (Cul repeat, CR)

第一種：Von Hippel-Lindau (VHL) 型 E3 泛素連線酶複合體

第二種：Cereblon (CRBN) 型 E3 泛素連線酶複合體

is a polyethylene glycol（PEG）-based PROTAC linker。

CRBN)

PROTAC Linker

is a Alkyl/ether based PROTAC linker。

PEG 類

PROTAC Linker 25

is a PROTAC linker， which refersto the Alkyl-Chain composition。

Alkyl/ether 類

SNIPERs （specific and non-genetic

inhibitor of apoptosis protein

（IAP）-dependentprotein erasers ） 是一系列

凋亡蛋白抑制

因子 （IAP） 高效特異性抑制劑

，可募集 IAP 泛素連線酶來實現靶向降解。

SNIPER - Hijacking IAP 活性以誘導蛋白質降解。與招募von Hippel-Lindau 和 cereblon 泛素連線酶的嵌合分子不同，SNIPERs 可以同時降解 IAP （例如 cIAP1 和 XIAP） 以及目標靶蛋白。

PROTAC Linker 2

Alkyl-Chain 類

是一種氨肽酶抑制劑。其甲酯化合物（MeBS）可透過

PROTAC Linker 31

Bestatin

結構端與 cIAP1 的 BIR3 結構域結合，啟用 cIAP1 的 E3 泛素化連線酶活性，誘導 cIAP1 發生字泛素化，然後被蛋白酶體降解。所以，在

MeBS 透過 linker 連線不同靶蛋白的小分子抑制劑，可以得到多個基於

cIAP1 E3 泛素化連線酶的 PTOTAC。

但是，由於

MeBS 可以誘導

cIAP1 自身發生泛素化降解，因此很多

基於此技術得到

的 PTOTAC 在降解目標靶蛋白的同時會泛素化降低 cIAP1，導致很大程度上限制了其降低靶蛋白的效率。

聰明的科學家們繼續對

SNIPER

Bestatin

Bestatin

做進一步的結構改造，發現

Bestatin

Bestatin

的醯胺衍生物保留了與 cIAP1 的結合活性，且不會引起 cIAP1 的自身泛素化降解。如

，

等等。

SNIPER(ABL)-020

是一個超級豐富的 E3 配體和 Linker 組合試劑盒。裡面是一系列合成的化合物，結合了 E3 Ligase 配體和 Linker。另外還提供了不同的型別的 E3 Ligase 配體和多樣化的 Linker 組合任君選擇

。

SNIPER(ABL)-044

1。 用量小，毒性低

2。 克服靶蛋白突變

3。 避免過表達引起的耐藥

4。 選擇性高

5。 清除蛋白堆積

E3 Ligase Ligand-Linker Conjugate

在許多情況下，維持體內足夠高的藥物濃度具有挑戰性的。所以，透過小分子誘導的蛋白降解來消除引起疾病的異常蛋白質正在發展為研究的新策略。PROTAC 技術可能令現在還無法成藥的 80% 蛋白組被小分子藥物調控。PROTAC 小分子研究進展目前主要集中在可靶向的靶點上。未來潛力之一是要靶向傳統意義上不可靶向的靶點，比如轉錄因子、蛋白的骨架功能等。