开发蛋白质降解诱导剂依赖性相互作用分析技术 - 全面寻找与低分子量化合物相互作用的蛋白质 -

爱媛大学
德岛大学
V体育
日本医学研究开发机构

1背景

仅诱导目标蛋白降解的蛋白水解诱导剂¹⁾有望成为“下一代治疗药物”，因为它可以从细胞中去除致病蛋白质。沙利度胺²⁾及其衍生品（免疫调节药物/IMiD）³⁾)为代表的蛋白水解诱导剂是蛋白水解酶E3泛素连接酶⁴⁾的构成因素之一CRBN)已被证明可诱导特定蛋白质的降解，从而产生药理作用和副作用。IMiD作用就像“分子胶”，E3通过使泛素连接酶和目标蛋白接近并诱导降解分子胶(分子胶)型蛋白质降解诱导剂。
主要是多发性骨髓瘤，大约每年1万亿日元规模使用IMiD的临床成功使分子胶型蛋白水解诱导剂成为对许多疾病有吸引力的化合物。而且，现在IMiD喜欢E3与泛素连接酶结合的化合物(E3活页夹)以及与目标蛋白结合的化合物(目标绑定器)PROTAC（蛋白水解靶向嵌合体）⁵⁾已开发出类型蛋白质降解诱导剂。PROTAC的发展型蛋白水解诱导剂被寄予厚望，因为它将有可能靶向治疗药物难以靶向的蛋白质。从这些背景来看，E3与泛素连接酶相互作用并被诱导降解的蛋白质的分析对于蛋白质降解诱导剂的开发和临床应用极为重要。
　迄今为止，高精度寻找蛋白质降解诱导剂靶蛋白的技术的发展一直被推迟。去年，我们的研究小组开发了一种近端依赖性生物素化标签，可用于蛋白质相互作用分析。(BioID)⁶⁾作为酶AirID（用于邻近依赖性生物素识别的祖先 BirA） ⁷⁾(参考文献1)此外，AirID融合CRBN,IMiD生物素依赖性靶蛋白⁸⁾报告可以转换(图1)(参考文献1)从这些结果来看，AirID的评估系统全面分析以蛋白水解诱导物依赖性方式相互作用的靶蛋白。

2。研究成果

　在这项研究中，CRBN喜欢E3泛素连接酶AirID，我们证明可以对以蛋白水解诱导剂依赖性方式相互作用的靶蛋白进行生物素化。生物素化蛋白质/肽用链霉亲和素处理⁹⁾并已开发出抗生物素化抗体。在本研究中，亲和素样蛋白 tamavidin 2-REV¹⁰⁾生物素化肽的富集方法对于蛋白质降解诱导剂依赖性相互作用分析技术很有用（图2)已经表明，通过使用该分析技术，可以评估蛋白水解诱导剂的靶蛋白和化合物的选择性(图3)此外，根据使用各种培养细胞的分析结果，IMiD泊马度胺¹¹⁾作为目标蛋白，其降解以依赖性方式诱导ZMYM2（锌指MYM型蛋白2）(图4)，导致血癌ZMYM2-FGFR1我们发现融合蛋白也会被诱导降解(图5)此外，这种分析技术印地苏拉姆¹²⁾是啊PROTAC(图6)从这些结果来看，AirIDE3研究表明，通过与泛素连接酶融合，可以全面鉴定和分析细胞内以蛋白水解诱导物依赖性方式相互作用的蛋白质。

　

　

　

　

3。涟漪效应

　这种使用AirID的分析技术适用于未来将开发的各种类型的分子胶。PROTAC型蛋白质降解诱导剂。目前，针对各种疾病正在开发各种蛋白水解诱导剂，并且有几种蛋白水解诱导剂目前正处于临床阶段。然而，考虑到蛋白水解诱导剂的有效作用，有必要评估与可能引起副作用的非预期蛋白质的相互作用。事实上，这项研究还表明，各种蛋白质以蛋白水解诱导剂依赖性方式相互作用。基于这些结果，预计该分析技术的使用将有助于阐明蛋白质降解诱导剂的作用机制，并开发出避免副作用的化合物。

4研究体系与支持

　这项研究是与爱媛大学蛋白质科学中心、德岛大学高级酶学研究所藤井节郎纪念医学科学研究中心和V体育工学研究生院合作进行的。
　此外，在实施研究过程中，日本医学研究和发展机构（AMED）下一代癌症药物创造项目（P-CREATE）“泛素衍生物的开发”，新学术领域研究“化学技术开辟的泛素新前沿”，新学术领域研究“基于数学分析的生物信号转导系统的综合理解”，日本学术振兴会（JSPS）我们得到了补助金的支持青年研究员科学研究“使用近端生物素化酶开发沙利度胺相互作用组分析技术”、武田科学基金会、日本医学研究与发展机构（AMED）支持药物发现和生命科学研究平台（BINDS）“创建适合使用小麦无细胞系统进行结构分析的复杂蛋白质生产/制备技术和小分子抗体生产技术”以及德岛大学先进酶学研究所联合使用和研究中心项目。

5。论文标题和作者

已出版的杂志：自然通讯
期刊链接：
DOI：101038/s41467-021-27818-z
标题：一种基于邻近生物素化的方法，用于识别 PROTAC 和分子胶诱导的蛋白质-E3 连接酶相互作用
（日语翻译）基于邻近依赖性生物素化的方法来识别 PROTAC 和分子胶诱导的蛋白质-E3 连接酶相互作用
作者：山中聪（爱媛大学）、堀内雄人（爱媛大学）、松冈沙耶（爱媛大学）、木户康树（爱媛大学）、西野航平（德岛大学）、前野麻也花（研究时的V体育）、柴田铁男（V体育）、英高小佐子（德岛大学）、泽崎达也（爱媛大学）
发布日期：2022 年 1 月 10 日星期一

术语解释

1) 蛋白水解诱导剂
一种劫持细胞内蛋白质降解系统并诱导目标蛋白质降解的化合物。它是一种通过诱导与疾病相关的蛋白质降解开辟了新的作用机制的化合物，近年来在药物发现研究中引起了人们的关注。

2) 沙利度胺
　它是一种小分子药物，具有催眠和免疫调节作用，用于治疗血癌，如多发性骨髓瘤和汉森氏病引起的2型麻风反应。

3) 免疫调节药物/IMiD
　是沙利度胺及其衍生物的总称，也称为免疫调节剂。它会导致称为 ikaros 和 aeolus 的蛋白质分解，并在世界各地用于治疗多发性骨髓瘤等血癌。

4) E3 泛素连接酶
　一种引起蛋白质泛素化的酶。细胞内泛素化蛋白质被蛋白酶体降解。

5） PROTAC（蛋白水解靶向嵌合体）
　它是一种嵌合化合物，其中与E3泛素连接酶相互作用的低分子量化合物（E3结合剂）和与靶蛋白相互作用的靶蛋白（靶结合剂）通过接头连接在一起。它是一种具有新作用机制的化合物，可诱导与疾病相关的靶蛋白降解，并且通过催化反应将靶蛋白从细胞中彻底清除，因此非常有效。此外，药物难以靶向的无酶活性的蛋白质也可以被靶向。

6) 邻近依赖性生物素标记 (BioID)
蛋白质相互作用分析技术。涉及表达与近端依赖性生物素标记酶（例如 AirID）融合的蛋白质并添加生物素的简单反应可以在整个蛋白质水平上进行全面的相互作用分析。由于它可以在温和的条件下轻松分析，并且还可以使用活细胞和个体生物体进行分析，因此引起了广泛的关注。

7） AirID（用于邻近依赖性生物素识别的祖先 BirA）
　这是一种利用进化工程技术开发的新型近端依赖性生物素化酶，基于传统 BioID 技术中使用的生物素化酶 BirA。据报道，与传统的BioID酶相比，它具有更高的生物素化活性。

8) 生物素
　它原本是维生素的一种，但它是一种常用于标记蛋白质的化学物质。众所周知，它与一种称为抗生物素蛋白的蛋白质形成强烈的相互作用，并且可以使用抗生物素蛋白轻松地回收生物素标记的蛋白质。

9) 链霉亲和素
　它是一种源自放线菌链霉菌的蛋白质，与生物素具有高亲和力相互作用。它利用链霉亲和素和生物素之间的强相互作用用于各种分析。

10) Tamavidin 2-REV
　这是 tamavidin 2（一种从蘑菇中分离出的亲和素样蛋白）的转基因变体，可与过量的生物素进行竞争性洗脱，而这在传统的亲和素-生物素相互作用中是不可能的。

11) 泊马度胺
它是沙利度胺衍生物，一种小分子药物，用作治疗多发性骨髓瘤等血癌的免疫调节药物IMiD。它强烈诱导称为 Ikaros 和 Aiolos 的蛋白质的降解。

１2） 印地苏兰
　它是一种具有抗癌活性的磺酰胺化合物，对多种人类肿瘤系（包括结直肠癌细胞 HCT116）具有抗增殖作用。 Indisulam 是一种分子胶型蛋白质降解诱导剂，通过与 E3 泛素连接酶的成分 DCAF15 相互作用，诱导 RNA 结合基序蛋白 RBM39 的降解。

参考文献 1
Kido, K、Yamanaka, S、Nakano, S、Motani, K、Shinohara, S、Nozawa, A、Kosako, H、Ito, S 和 *Sawasaki, T (2020) AirID，一种新型邻近生物素化酶，用于分析蛋白质-蛋白质相互作用。 eLife 9，e54983。 doi：107554/eLife54983。）

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