避免致畸性的沙利V体育的改进及其在 PROTAC 中的应用 - 开发减少严重副作用的蛋白水解诱导剂的第一步 -

爱媛大学
V体育
京都大学

　爱媛大学蛋白质科学中心山中聪教授、泽崎龙也教授、大竹椿畑研究员、柳原裕太特聘助理教授、今井佑树教授、V体育工学研究科柴田哲夫教授、德岛大学先端酶学研究所小佐子秀隆教授、京都大学生命科学研究生院副教授宫川卓也、名誉教授领导的研究小组东京大学的 Masaru Tanokura 成功改进了沙利度胺，以降低其致畸性（沙利度胺的严重副作用），并利用这一改进开发了一种新的 PROTAC。
　沙利度胺开发于半个多世纪前，被广泛认为是一种小分子药物，可诱发胎儿严重致​​畸，并造成了世界上最大的药物性损伤。目前，沙利度胺衍生物用作血癌治疗药物，每年花费超过1万亿日元。然而，尚无避免致畸性的沙利度胺衍生物的报道。先前的研究表明，沙利度胺和沙利度胺衍生物是诱导蛋白质降解的蛋白水解诱导剂。在这项研究中，我们开发了一种沙利度胺衍生物，可选择性诱导参与抗血癌作用的蛋白质降解。所开发的沙利度胺衍生物在治疗多发性骨髓瘤和 5q MDS 综合征方面表现出相当于或优于现有药物来那度胺的抗增殖活性。此外，当应用于有望成为下一代治疗药物的嵌合化合物PROTAC时，表明与致畸性相关的蛋白质的降解受到抑制，并且它更有选择性地诱导药物靶蛋白的降解。这项研究的结果有望促进避免致畸性的沙利度胺衍生物的开发以及针对各种疾病的选择性 PROTAC 的开发。
　有关该研究结果的论文日期为 2023 年 8 月 18 日

１．背景

　沙利V体育¹⁾是1950这种药物是在20世纪90年代开发的，在世界各地用作孕妇的催眠剂，但如果孕妇服用，可能会对胎儿造成严重的致畸性²⁾目前，沙利V体育衍生物对治疗多发性骨髓瘤等血癌非常有效。³⁾ (来那V体育和泊马V体育) 是一种典型的小分子药物，在严格的安全控制下，每年用作治疗药物的费用超过1万亿日元。沙利V体育和沙利V体育衍生物（免疫调节药物）是一种特定的“蛋白水解”复合物 (CRL4CRBN⁴⁾、E3已表明，通过与泛素连接酶结合，它会降解非原始底物的“新底物”，因此表现出多种药理作用和副作用(图1)。

图1参与沙利V体育和沙利V体育衍生物依赖性新底物降解和药理作用/副作用的新底物示意图

　

沙利V体育和沙利V体育衍生物通过使 cereblon 和目标蛋白像“分子胶”一样紧密接触来诱导降解分子胶(分子胶)型蛋白水解诱导剂⁵⁾因此，沙利V体育及其衍生物开辟了一种全新且强大的蛋白水解作用机制。另外，目前正在应用沙利V体育及其衍生物，沙利V体育及其衍生物(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）：蛋白水解诱导嵌合分子)⁶⁾已开发出类型蛋白质降解诱导剂。蛋白水解诱导剂作为下一代药物发现方法在世界范围内备受期待，因为它们可以靶向不具有酶等特征口袋的蛋白质，而酶很难用治疗药物来靶向。
　然而，沙利V体育或其衍生物或使用它们的人PROTAC众所周知，它会降解新底物，不幸的是，它会超过致畸性，这是沙利V体育的严重副作用。PROTAC对于年轻一代来说，这个问题需要解决。
　该研究小组迄今为止已研究了沙利V体育作为一种与致畸性有关的新底物PLZF发现(参考文献1)，从结构知识阐明沙利V体育旋光异构体的底物选择性机制(参考文献2)，提出沙利V体育致畸性的分子机制(参考文献1)另外，沙利V体育及其衍生物CRBN-我们开发了一种技术，可以轻松、灵敏地分析新底物相互作用，并报告可以评估沙利V体育及其衍生物的新底物选择性(参考文献1-4)基于这些研究背景，我们相信，通过使用我们开发的技术，有可能开发出一种新的、改进的沙利V体育衍生物，其诱导参与抗血癌作用的新底物的分解，但不诱导参与沙利V体育致畸性的新底物的分解。

２．研究结果

　简介，邻苯二甲酰胺环对于沙利V体育和沙利V体育衍生物的新底物选择性很重要(图2)用各种取代基进行修饰。通过对有机合成的沙利V体育衍生物的新底物选择性进行详细分析，我们发现来那V体育6具有相对较小原子（例如氟或氯）取代的来那V体育衍生物(图3)是一种参与抗血癌作用的新底物(IKZF1是啊IKZF3、CK1新底物参与致畸性，同时诱导α)降解(SALL4是啊PLZF)的降解诱导很弱(图3)此外，6氟化来那V体育(F-Le)是多发性骨髓瘤，一种血癌，沙利V体育及其衍生物用作治疗药物5对染色体缺陷性骨髓增生异常综合征衍生的培养细胞具有相当于或大于现有药物来那V体育的抗增殖作用(图 3)。CRBN在多种组织和细胞中表达，具有较高的蛋白降解活性，沙利V体育及其衍生物分子量小E3因为它是粘合剂，所以对多种疾病有效PROTAC然而，当针对血癌以外的疾病时，控制血细胞分化的新底物(IKZF1是啊IKZF3、CK1α) 的降解可能会导致副作用(图 4)因此，我们使用来那V体育6位点被较大取代基取代的沙利V体育衍生物。位置。结果，来那V体育6三氟甲基(F3C-基础)是一种与致畸性有关的新底物(SALL4是啊PLZF)新底物参与抗血癌作用(IKZF1是啊IKZF3、CK1α)也不会发生分解。接下来，我们在这项研究中发现6位置修饰的来那V体育和各种癌症类型的治疗靶点打赌蛋白质(BRD2、BRD3、BRD4)的抑制剂OTX-015PROTAC(图 4)重要的是，6使用位置修饰的来那V体育PROTAC是打赌诱导蛋白质降解，6-修饰的来那V体育类似的新底物选择性。此外，6使用位置修饰的来那V体育PROTAC对源自神经母细胞瘤和结直肠癌的培养细胞系显示出显着的抗增殖作用。也就是说，PROTAC的作用，但不会降解已知的新底物。这些结果是6位置修饰的来那V体育是一种沙利V体育衍生物，可有效对抗血癌，避免致畸性，而且这些化合物可以选择性降解疾病靶蛋白PROTAC表示可以用于开发。

图 2. 沙利V体育及其衍生物的化学结构以及新底物选择性中的重要化学结构

　

图3. 来那V体育及其衍生物的化学结构(顶部)以及评估新基质分解活性和对癌细胞的抗增殖作用(底部)

　

图4. 使用来那V体育及其衍生物PROTAC的化学结构和新选择性总结

3。连锁反应

　蛋白水解诱导剂彻底去除细胞内的新底物和靶蛋白。虽然它非常有效，对多发性骨髓瘤显示出很高的治疗效果，但它也造成了严重的副作用，甚至导致胎儿致畸。因此，开发仅准确降解靶蛋白的蛋白水解诱导剂极其重要。本研究开发的来那V体育衍生物特异性降解参与抗血癌作用的新底物，并表现出与现有最广泛使用的药物来那V体育相当或优于来那V体育的抗增殖作用。未来希望通过评价体内抗肿瘤作用和致畸性，开发出避免沙利V体育致畸性且有效对抗血癌的沙利V体育衍生物。此外，一种抗血癌活性更强的新型沙利V体育衍生物目前正在开发中，并已进入临床阶段。因此，预计本研究中获得的知识将有助于开发新的、更安全、功效更高的沙利V体育衍生物。此外，各种研究表明沙利V体育及其衍生物被使用PROTAC已被证明非常有效，并已在多个项目中使用PROTAC正处于临床阶段。因此，通过使用本研究中发现的可以控制新底物选择性的来那V体育衍生物，可以减少副作用。PROTAC的发展

4。关于研究体系和支持

　这项研究是与爱媛大学蛋白质科学中心、V体育工学研究生院、德岛大学先进酶学研究所、藤井节郎医学科学研究中心和京都大学生命科学研究生院合作进行的。
　另外，在进行研究时，日本医学研究开发机构（AMED）下一代癌症医疗创造研究项目/下一代癌症治疗加速研究项目(P-创建/P-推广)“开发一种可有效治疗血癌且无致畸性的新型沙利V体育衍生物”，武田科学基金会、日本医学研究与发展机构 (AMED) 生命科学/药物发现研究支持基础设施项目 (绑定)“小麦无细胞系统AirID的复杂生产、探索和分析技术的支持和发展”，科学研究资助金，德岛大学先进酶学研究所联合使用和研究中心项目，爱媛大学Proteo Interactome分析联合使用和研究中心项目（PRIME支持）。

论文标题和作者

标题：来那V体育衍生物和用于控制新底物降解的蛋白水解靶向嵌合体
（日文翻译）开发来那V体育衍生物和可控制新底物降解的 PROTAC

作者：山中聪（爱媛大学）、大竹降旗（爱媛大学）、柳原雄太（爱媛大学）、田谷秋人（研究时：V体育）、长坂天人（研究时：V体育）、臼井麻衣（V体育）、长冈浩二（爱媛县）大学）、庄也由纪（研究时：爱媛大学）、西野航平（德岛大学）、吉田周平（爱媛大学）、小佐子爱生（德岛大学）、田野仓佑（东京大学）、宫川卓也（京都大学）、今井由纪（爱媛大学）、柴田哲夫（V体育）、泽崎达也（爱媛大学）大学）
出版商：自然通讯
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发布日期：2023 年 8 月 18 日星期五

术语解释

1) 沙利V体育
　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。

2) 致畸性
致畸性是指某些物质（例如药物）抑制生物体正常发育并导致畸形的特性或作用，与致畸性同义使用。

3) 来那V体育和泊马V体育
　它是沙利V体育衍生物，是一种低分子药物，用作治疗多发性骨髓瘤等血癌的免疫调节药物IMiD。强烈诱导称为 Ikaros 和 Aeolus 的蛋白质的降解。

4) 凯勒布隆
　E3 泛素连接酶的一种，是一组引起蛋白质泛素化的酶。底物蛋白在细胞内被泛素化，并且泛素化的蛋白被蛋白酶体降解。

5) 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。

6) 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。它非常有效，因为它通过催化反应从细胞中彻底去除靶蛋白。此外，药物难以靶向的无酶活性的蛋白质也可以被靶向。

参考文献 1
Yamanaka, S、Murai, H、Saito, D、Abe, G、Tokunaga, E、Iwasaki, T、Takahashi, H、Takeda, H、Suzuki, T、Shibata, N、Tamura, K 和 Sawasaki, T (2021) 沙利V体育及其代谢物5-羟基沙利V体育通过脑新底物 PLZF EMBO J, 40, e105375 诱导致畸性。 doi：1015252/embj2020105375。

参考文献 2
Furihata, H、Yamanaka, S、Honda, T、Miyauchi, Y、Asano, A、Shibata, N、Tanokura, M、Sawasaki, T 和 Miyakawa, T (2020) 5-羟基沙利V体育产生的 IMiD 选择性的结构基础。纳特。通讯，11：4578。doi：101038/s41467-020-18488-4。

参考文献 3
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。埃莱夫，9，e54983。 doi：107554/eLife54983。

参考文献 4
Yamanaka, S、Horiuchi, Y、Matsuoka, S、Kido, K、Nishino, K、Maeno, M、Shibata, N、Kosako, H 和 Sawasaki, T (2022) 一种基于邻近生物素化的方法，用于识别由 PROTAC 和分子胶诱导的蛋白质-E3 连接酶相互作用。纳特。通讯, 13, 183doi: 101038/s41467-021-27818-z

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