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文章題目：Selective degradation of multimeric proteins by TRIM21-based molecular glue and PROTAC degraders
期刊：Cell
發(fā)表時間：2024年11月1日
主要內容：北京生命科學研究所/清華大學生物醫(yī)學交叉研究院韓霆實驗室與黃牛實驗室在Cell上在線發(fā)表了題為“Selective degradation of multimeric proteins by TRIM21-based molecular glue and PROTAC degraders”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)乙酰丙嗪的代謝產物(S)-ACE-OH具有E3泛素連接酶TRIM21介導的分子膠活性，并據此設計了基于TRIM21的新型PROTAC分子(命名為TrimTAC)，能夠選擇性降解多聚蛋白而不影響單體蛋白。由于異常蛋白聚集會引發(fā)自身免疫疾病、神經退行性疾病以及癌癥，上述研究成果突顯出TrimTAC技術的應用前景。
原文鏈接：https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(24)01197-8
使用TransGen產品：
BL21(DE3) Chemically Competent Cell (CD601)
研究背景
通過化學小分子誘導靶蛋白與E3泛素連接酶相互作用，實現(xiàn)靶蛋白特異性降解，是新興的藥物開發(fā)模式，為“難以成藥”的靶點提供新解。此類化學分子主要分為PROTAC和分子膠兩類。PROTAC是一類雙功能分子，近期已有多個PROTAC分子進入臨床試驗并驗證療效與安全性。分子膠是一類單價分子，通過增強蛋白間相互作用實現(xiàn)降解，代表性藥物在治療多發(fā)性骨髓瘤中展現(xiàn)出顯著效果。此外，韓霆團隊前期發(fā)現(xiàn)的芳基磺胺類分子和HQ461也具有分子膠活性；這兩類分子膠的發(fā)現(xiàn)進一步拓寬了分子膠的應用范圍。雖然PROTAC和分子膠藥物開發(fā)取得了顯著進展，但是靶向蛋白降解領域主要依賴于CRBN或VHL等廣泛表達且持續(xù)活躍的E3泛素連接酶，在區(qū)分正常與致病蛋白的技術尚存不足，發(fā)現(xiàn)選擇性降解致病蛋白的E3泛素連接酶及其配體至關重要。
文章概述
研究人員首先發(fā)現(xiàn)乙酰丙嗪(ACE)與干擾素協(xié)同能殺傷非小細胞肺癌細胞A549，且對部分腫瘤細胞有選擇性殺傷作用。進一步研究顯示，ACE敏感細胞系通過醛酮還原酶將其轉化為S構型的羥乙基丙嗪(ACE-OH)，后者負責殺傷腫瘤細胞。通過全基因組CRISPR篩選，研究人員確定TRIM21為介導(S)-ACE-OH殺傷腫瘤細胞的關鍵因子，且TRIM21的表達量與(S)-ACE-OH的細胞毒性正相關，受干擾素誘導。這些發(fā)現(xiàn)解釋了ACE和干擾素的協(xié)同作用機制。
TRIM21是先天免疫受體，能識別并結合逃逸到細胞質內并且被抗體包被的病毒從而觸發(fā)免疫反應。研究人員推測TRIM21的Fc結合口袋可能是(S)-ACE-OH的結合位點，并通過突變實驗證實了這一點。TRIM21還具有E3泛素連接酶活性，能誘導NUP35、SMPD4和GLE1等多個核孔蛋白降解，破壞核孔結構。為了探究核孔復合物上TRIM21直接的作用靶點，研究人員進行了CRISPR-suppressor scanning和PML-degron融合蛋白降解實驗，將核孔復合物上的靶點錨定到了NUP98。研究人員進一步使用GST pulldown和ITC實驗在體外重構了(S)-ACE-OH、TRIM21和NUP98的三元復合物，從而證明 (S)-ACE-OH是一種全新的分子膠。
研究人員通過X射線晶體衍射獲得乙酰丙嗪及其代謝物與TRIM21的共晶結構，據此設計了基于TRIM21的PROTAC（命名為TrimTAC）。通過對比TrimTAC和傳統(tǒng)的基于CRBN的PROTAC的細胞活性，發(fā)現(xiàn)TrimTAC不能降解單體蛋白，但能降解聚集形式的蛋白，而傳統(tǒng)的基于CRBN的PROTAC無此特性。這一特性源于TRIM21與多聚靶蛋白結合后RING結構域二聚，才能激活其E3泛素連接酶的活性。為了驗證TrimTAC在疾病治療方面的應用前景，研究人員使用TrimTAC實現(xiàn)了胞質DNA誘導的cGAS聚集體的選擇性降解，從而為TrimTAC治療自身免疫性疾病提供了潛在應用場景。
綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)乙酰丙嗪的代謝產物 (S)-ACE-OH 具有分子膠活性，誘導 E3 泛素連接酶 TRIM21 與核孔蛋白 NUP98 相互作用，從而引發(fā)核孔蛋白的降解?；谝阴１貉苌?TrimTAC 分子可以實現(xiàn)對多聚致病蛋白的選擇性降解，而不影響單體蛋白。由于蛋白質異常聚集可導致自身免疫疾病、神經退行性疾病及癌癥等多種疾病，該研究展示了多聚體選擇性的TrimTAC技術的廣闊應用前景。
基于TRIM21的分子膠和PROTAC的作用機理以及未來的應用方向
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? 該菌株適合于非毒性蛋白的表達。
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使用BL21(DE3) Chemically Competent Cell (CD601)產品發(fā)表的部分文章：
? Lu P R, Cheng Y L, et al. Selective degradation of multimeric proteins by TRIM21-based molecular glue and PROTAC degraders [J]. Cell, 2024.
? Li H L, Zhang Y L, et al. Rift Valley fever virus coordinates the assembly of a programmable E3-ligase to promote viral replication [J]. Cell, 2024.
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? Li X, Zhang Y, Xu L, et al. Ultrasensitive sensors reveal the spatiotemporal landscape of lactate metabolism in physiology and disease[J]. Cell Metabolism, 2023.
? Yang C, Wang Z, Kang Y, et al. Stress granule homeostasis is modulated by TRIM21-mediated ubiquitination of G3BP1 and autophagy-dependent elimination of stress granules[J]. Autophagy, 2023.
? Wang D, Xu C, Yang W, et al. E3 ligase RNF167 and deubiquitinase STAMBPL1 modulate mTOR and cancer progression[J]. Molecular cell, 2022.
? Chen Y G, Li D S, Ling Y, et al. A cryptic plant terpene cyclase producing unconventional 18‐and 14‐membered macrocyclic C25 and C20 terpenoids with immunosuppressive activity[J]. Angewandte Chemie, 2021.
