王鹍，入职广东省人民医院医学研究部，博士毕业于南方医科大学细胞生物学专业，曾任南方科技大学博士后以及研究助理教授。研究方向发育生物学，以斑马鱼为主要模式生物，研究造血和血管发育，以及小分子药物筛选。目前以第一作者（包含共同第一作者）和通讯作者发表SCI论文4篇，主持1项国家自然科学基金青年基金项目。

 

 

1. 引言

蛋白质的选择性降解已经成为一种新颖且有效的研究蛋白质功能的方法。其中，蛋白降解靶向嵌合体（Proteolysis-targeting chimeras, PROTACs）作为一种小分子降解物，在过去的十几年中取得了快速的发展，并已经成功地在体外和体内降解了多种重要的蛋白。由于光诱导能够实现很好的时空选择性，因此本工作设想利用光来控制PROTAC的活性，从而开发一种利用光来控制蛋白质降解的方法。

2. 结果展示

1）PROTAC分子通常由三部分组成：能够招募E3泛素连接酶的配体；能够结合目标蛋白的配体；将二者绑定的连接体。我们首先选择Brd4蛋白降解剂dBET1作为构建pc-PROTAC的模板。我们将光控基团DMNB加在dBET1的不同部位，分别构建了pc-PROTAC1和pc-PROTAC2。经过紫外光（365 nm, 3 mW/cm²）照射后，pc-PROTAC1能够生成大约50%的dBET1，而pc-PROTAC2则不能有效生成。

2）接下来，我们证明了pc-PROTAC1对于Brd4的结合亲和力（IC₅₀=7.6 uM）要远远低于JQ1（IC₅₀=71 nM）和dBET1（IC₅₀=22 nM），并且pc-PROTAC1对于Brd4的降解效果同剂量和紫外照射时间成正比。Burkitt淋巴瘤细胞对于Brd4降解敏感，而我们发现dBET1和光照pc-PROTAC1都能显著抑制Burkitt淋巴瘤细胞的生长，而不经光照的pc-PROTAC1则不能。这表明pc-PROTAC1经过光照能降解肿瘤细胞中的Brd4蛋白。

 

3）我们利用斑马鱼这一模式生物进一步验证pc-PROTAC1在体内降解蛋白的能力。通过处理斑马鱼胚胎发现，dBET1和光照pc-PROTAC1都能使胚胎出现明显的卵黄囊延长区变细的表型，而不经光照的pc-PROTAC1处理则没有表型。Western blot结果表明dBET1和光照pc-PROTAC1都能降解胚胎的Brd4蛋白，而不经光照的pc-PROTAC1则不能。

 

4）我们构建了能表达EGFP-Brd4融合蛋白的质粒，通过显微注射导入斑马鱼胚胎，利用其全身透明的特性实现体内实时观察Brd4降解。结果表明，dBET1（有光照或无光照）以及有光照pc-PROTAC1处理后，胚胎中的绿色荧光蛋白在处理12小时后有明显降解，到24小时后基本完全降解。而无光照pc-PROTAC1处理后，绿色荧光蛋白则没有发生明显的降解。

 

5）为了验证光控PROTAC技术是否能降解其他蛋白，我们以Btk蛋白降解剂MT-802为模板构建了pc-PROTAC3。结果表明，与pc-PROTAC1相似，pc-PROTAC3在光照条件下能够降解Btk，而无光照则不能降解，降解效果同剂量和紫外照射时间成正比。

 

3. 研究思路

4. 总结

本研究展示了一种光控PROTAC方案，能够在光诱导下降解目标蛋白。我们证明了pc-PROTAC分子在光照条件下能够有效降解体内和体外的目标蛋白，而不光照则不会产生降解活性。本研究有望扩展PROTAC分子的应用，使其能够实现时间和空间选择性降解蛋白。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b06422 (Journal of the American Chemical Society，IF=14.612)

 

特别鸣谢：

 

本文转自：GD省医公共实验室公众号

 

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