Science | 蛋白降解新策略，拓展靶点空间

撰文丨 格格

分子胶降解剂(MGD) 是一种新兴的治疗方法，通过诱导蛋白质之间的相互作用来促进靶蛋白的降解（ 如泛素 - 蛋白酶体、溶酶体等）【1】。 MGD 的优势在于 可以利用蛋白质之间的天然相互作用， 无需在靶蛋白 上预先存在药物结合位点，从而开辟了针对“不可成药”靶点的药物发现途径。已有研究表明，多种 MGD 可以识别并降解不同的靶蛋白，提示 MGD 具有潜在的通用性。 此外， MGD 可以有效地降低靶蛋白水平，从而产生显著的生物学效应。CRBN是 CRL4CRBN 泛素连接酶 的底物受体， Thalidomide 类 MGD 通过结合 CRBN ，改变其底物选择性，从而降解临床相关的“新底物”蛋白【2-4】。 已知CRBN的新底物蛋白共享一个通用的识别模式，称为β-发夹G-环。这种模式由一个甘氨酸残基组成的β - 发夹α - 转和一个环状结构组成，在人类蛋白质组中普遍存在。 G- 环通过 与 CRBN-MGD 复合物的表面特征相互作用，形成互补性，从而实现靶蛋白与 CRBN 的结合。

近日 ， 来自美国 Monte Rosa Therapeutics 公司 的研究团队在 Science 杂志发表题为

Mining the CRBN target space redefines rules for molecular glue

induced

neosubstrate

recognition

首先，研究团队定义了 β-发夹 G-环模板，并将其与蛋白质结构数据库（PDB和AlphaFold2）中所有已知蛋白质结构进行匹配。结果显示，共识别出6123个G-环样结构，分布在1424 个 蛋白质中，包括已知的β-发夹 G-环靶点（如 IKZF1, IKZF2, GSPT1 等）和大量C 2 H 2 锌指蛋白（C2H2 ZF）。此外，还有912个非C2H2 β-发夹 G-环样结构分布在729个蛋白质中， 代表96种不同的蛋白质类别和272种结构域类型。研究团队使用三种化合物进行proximity ligation实验，成功验证了β-发夹 G-环靶点的存在，并发现了一些新的靶点，如NEK7, MNAT1, PPIL4和CHD7。

研究团队对一些具有 β-发夹 G-环样结构的蛋白质进行了 正交验证 ，并使用TR-FLARE进行了三元复合物的形成验证。结果显示，8种蛋白质 （ PPIL4, MNAT1, WBP4, LIMD1, CHD7, ASS1, HNRNPD和KIFC3 ） 在TR-FLARE中与CRBN形成了三元复合物，验证了β-发夹 G-环样结构的通用性。序列比对分析表明，β-发夹 G-环样结构的序列多样性较大，除甘氨酸残基外没有明显的序列模式。 此外， 研究团队使用更宽松的 G-环模板进行挖掘，发现了一些螺旋 G-环样结构，例如mTOR-FRB结构域。TR-FLARE和 NanoBRET 实验验证了mTOR-FRB与 CRBN的三元复合物形成。mTOR-FRB螺旋G-环样结构与β-发夹 G-环样结构在CRBN上的结合模式相似，但结构上存在差异。此外，研究团队还验证了LCK, HCK和LYN等酪氨酸激酶的螺旋G-环样结构与CRBN的结合。

在此基础上， 研究团队 将目光转向了 NEK7 （ 一种 NIMA相关的丝氨酸/苏氨酸激酶，在自身免疫和慢性炎症疾病中具有治疗意义 ） ， 发现NEK7的 稳定状态 水平在compound 1处理后没有显著变化，因此使用compound 5进行了筛选，发现compound 5可以有效诱导NEK7 的降解。结构分析表明，NEK7与CRBN的结合模式与CK1α存在显著差异，并揭示了NEK7 与CRBN结合的分子机制。

VAV1是一种 鸟嘌呤 交换因子，在信号转导和细胞功能中起着重要作用。它在多种自身免疫和慢性炎症疾病中过度表达，并与疾病的发生发展密切相关。 研究团队使用表面匹配算法发现VAV1的SH3c结构域与GSPT1的表面结构具有相似性，并验证了VAV1与CRBN的三元复合物形成。结构分析表明，VAV1的RT-loop在与CRBN的结合中起着关键作用，并揭示了VAV1与CRBN结合的分子机制。

最后，研究团队揭示了 CRBN预测的PPI热点区域 （ 蛋白质分子表面上的特定区域 ） 和已知 neosubstrates 在CRBN表面上的足迹。研究发现，CRBN表面上存在一个PPI热点区域，该区域具有高预测PPI倾向，CRBN-MGD可以与该区域形成相互作用。此外，不同的 neosubstrates 在CRBN表面上的足迹存在差异，这表明CRBN可以与具有不同表面特征的 neosubstrates 结合。

图1 GRBN除了G-环之外，还存在其他类型的结构特征

总之，该研究该扩展了CRBN降解体的靶点空间，并揭示了其与蛋白质相互作用的新机制，为开发新型药物和治疗方法提供了新的思路和靶点。

science.org/doi/10.1126/science.adt6736

制版人： 十一

参考文献

1. S. L. Schreiber, Molecular glues and bifunctional compounds: Therapeutic modalities based on induced proximity.Cell Chem. Biol.31, 1050–1063 (2024).

2. J. Krönke et al. , Lenalidomide causes selective degradation of IKZF1 and IKZF3 in multiple myeloma cells.Science343, 301–305 (2014).

3. G. Lu et al. , The myeloma drug lenalidomide promotes the cereblon -dependent destruction of Ikaros proteins.Science343, 305–309 (2014).

4. A. K. Gandhi et al. , Immunomodulatory agents lenalidomide and pomalidomide co-stimulate T cells by inducing degradation of T cell repressors Ikaros and Aiolos via modulation of the E3 ubiquitin ligase complex CRL4CRBN.Br. J.Haematol.164, 811–821 (2014).

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