泛素酶：泛素化研究的基石PROTAC開發(fā)的核心

泛素酶：泛素化研究的基石，PROTAC開發(fā)的核心泛素酶與PROTAC蛋白質(zhì)作為生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者，在完成使命后需要及時(shí)啟動(dòng)降解和清除。如果在這個(gè)過程中出現(xiàn)問題，就會(huì)引發(fā)一系列疾病，最典型的當(dāng)屬神經(jīng)退行性疾病，如阿爾茨海默癥、帕金森、亨廷頓病等。人體細(xì)胞降解蛋白質(zhì)的主要途徑有泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（UPS）和溶酶體-自噬通路。PROTAC是一種新興治療方式，利用UPS選擇性的靶向降解疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)，調(diào)節(jié)小分子藥物難靶向的“不可成藥”靶點(diǎn)。因此，PROTAC概念自2001年首次報(bào)道以來，受到科研界和藥企的廣泛關(guān)注。SignalChemBiotech（義翹神州全資子公司）憑借20多年為泛素研究提供高活性重組酶蛋白和底物的經(jīng)驗(yàn)，已成功開發(fā)泛素、E1泛素激活酶、E2泛素結(jié)合酶、E3泛素連接酶、去泛素化酶等一系列產(chǎn)品?！耙绘I三連”泛素化研究發(fā)現(xiàn)80%-90%的蛋白質(zhì)降解由泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（UPS）介導(dǎo)完成。UPS儼然是人體的一個(gè)蛋白質(zhì)“垃圾處理站”。泛素“一鍵鎖定”靶蛋白，標(biāo)記為待處理的垃圾，即“泛素化”。通過E1泛素激活酶、E2泛素結(jié)合酶、E3泛素連接酶實(shí)現(xiàn)“三連擊”，將靶蛋白進(jìn)行集中處理，接收信號(hào)并降解靶蛋白。泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（源自文獻(xiàn)：doi:10.1038/s41568-021-00365-x）泛素，因其廣泛存在于真核生物的各類細(xì)胞中而得名。泛素在人類基因組中有4個(gè)基因編碼：UBB、UBC、UBA52和RPS27A。其中RPS27A和UBA52編碼單拷貝的泛素，與核糖體蛋白L40和S27a形成融合蛋白。UBB和UBC則表達(dá)多拷貝泛素前體。成熟的泛素有76個(gè)氨基酸且高度保守，其中甲硫氨酸和賴氨酸對(duì)于泛素鏈形成尤為重要。泛素酶的接力：E1泛素激活酶催化泛素并通過巰酯鍵結(jié)合在一起，隨后E2泛素結(jié)合酶通過巰基置換，取代E1，將泛素結(jié)合到E2上。泛素化的E2蛋白和E3泛素連接酶以及底物形成復(fù)合體。在E3的催化作用下，將泛素的羧基末端與靶蛋白賴氨酸殘基間形成氨基異肽鍵，從而將泛素轉(zhuǎn)移到靶蛋白上。最后通過26S蛋白酶體降解泛素化標(biāo)記的蛋白質(zhì)。泛素化過程中的關(guān)鍵酶E1泛素激活酶E1進(jìn)化上保守，屬于ATP依賴酶，通過與泛素C端形成高能硫脂鍵而激活泛素。在結(jié)構(gòu)上E1可以被分為4個(gè)功能區(qū)：腺苷化結(jié)構(gòu)區(qū)（催化ATP與泛素形成泛素腺苷酸中間體）、半胱氨酸催化區(qū)（催化泛素和半胱氨酸形成巰酯鍵）、4HB（維持E1結(jié)構(gòu)）、泛素折疊區(qū)（招募特異性的E2蛋白）。在人體中E1泛素激活酶除了UBA1和UBA6，還有其它結(jié)構(gòu)類似的蛋白，同樣具有E1激活酶的作用，如UBA2、UBA3、UBA4、UBA7等。E2泛素結(jié)合酶大約有40余種，在結(jié)構(gòu)上具有UBC結(jié)構(gòu)域，還有3個(gè)loop環(huán)，loop1和loop2是E3酶的結(jié)合區(qū)，loop3含有半胱氨酸，是泛素結(jié)合區(qū)。E2突變與疾病發(fā)生相關(guān)，如UBE2D2/3、UBE2L3、UBE2N和UBE2R1與帕金森癥密切相關(guān)，UBE2L3和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等自身免疫病相關(guān)，UBE2C、UBE2D與不同腫瘤發(fā)生機(jī)制相關(guān)。E3泛素連接酶目前已超過600多種。按照結(jié)構(gòu)可以分為3類：RINGE3、HETCE3和RBRE3連接酶。E3連接酶和底物直接相關(guān)，在體內(nèi)生物學(xué)功能中發(fā)揮重要作用。E3連接酶的突變與多種疾病相關(guān)，如MDM2通過影響p53的穩(wěn)定性調(diào)控癌癥進(jìn)展。Parkin功能缺失導(dǎo)致線粒體外膜蛋白無(wú)法正常代謝，進(jìn)而引發(fā)帕金森病。E3連接酶BRCA1是乳腺癌的標(biāo)志物之一。PROTAC：讓泛素化實(shí)現(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化泛素化調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性、功能、亞細(xì)胞定位及相互作用，廣泛參與免疫反應(yīng)調(diào)控、DNA損傷修復(fù)、細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞增殖凋亡等幾乎所有的生命活動(dòng)。一旦失調(diào)將可能引發(fā)癌癥、免疫疾病、神經(jīng)退行性疾病、代謝綜合征等病變。靶向蛋白降解嵌合體（PROTAC）利用細(xì)胞的天然泛素-蛋白酶體系統(tǒng)，選擇性地降解致病蛋白質(zhì)，調(diào)節(jié)傳統(tǒng)小分子難以靶向的“不可成藥”蛋白。PROTAC通過兩個(gè)連接子（Linker）連接的配體形成異雙功能小分子降解劑，一端負(fù)責(zé)結(jié)合目的蛋白（POI），另一端招募并結(jié)合E3泛素連接酶。PROTAC同時(shí)結(jié)合目的蛋白和連接酶，形成E3-降解劑-POI三元復(fù)合物誘導(dǎo)目的蛋白泛素化，并隨后被26S蛋白酶體降解，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)抑制腫瘤生長(zhǎng)的目標(biāo)。整個(gè)過程中PROTAC分子可以重復(fù)回收利用，靶向目的蛋白。PROTAC結(jié)構(gòu)示意圖（源自文獻(xiàn)：doi:10.1016/j.csbj.2023.02.042）設(shè)計(jì)有效的PROTAC關(guān)鍵是選擇對(duì)E3連接酶親和力足夠高的E3配體，且在不影響其泛素化活性的情況下招募功能活躍的E3連接酶。目前PROTAC廣泛使用CRBN和VHL兩種E3連接酶。新的PROTAC適用E3連接酶也在發(fā)現(xiàn)和開發(fā)中，如DCAF2、TRIM、KLHL、RNF等。可用于PROTAC專用的E3連接酶（源自文獻(xiàn)：doi:10.1038/s41573-021-00371-6）領(lǐng)先的泛素解決方案SignalChemBiotech（義翹神州全資子公司）憑借20多年為泛素研究提供高活性重組酶蛋白和底物的經(jīng)驗(yàn)，持續(xù)助力您的研究：-如果您需要靶向蛋白降解（TPD或PROTAC）研究的幫助，我們提供高活性的E3泛素連接酶，如CRBN、VHL、RNF34及Cereblon/DDB1/Cul4A/Rbx1復(fù)合體等。-我們還提供高活性的E1泛素激活酶、E2泛素結(jié)合酶、去泛素化酶和泛素及泛素樣蛋白。-如果您對(duì)阿爾茨海默病、帕金森病或ALS研究感興趣，我們有重組Tau蛋白及磷酸化抗體、α-Synuclein、TDP-43等高活性重組蛋白?？傊琒ignalChemBiotech擁有市面上種類齊全的泛素研究相關(guān)產(chǎn)品，包括泛素、泛素酶、去泛素化酶、蛋白酶體、泛素樣蛋白及底物。重點(diǎn)產(chǎn)品推薦：Cereblon/DDB1/Cul4A/Rbx1Complex|Cat#:U273-380HPROTAC介導(dǎo)的BRD3泛素反應(yīng)驗(yàn)證E3泛素連接酶CRBN的活性更多泛素酶產(chǎn)品：E1泛素激活酶產(chǎn)品（部分）產(chǎn)品名稱貨號(hào)標(biāo)簽序列

SAE1/UBA2Complex,ActiveU208-380GHis/GSTFullLengthUBA1(UBE1),ActiveU201-380GGSTFullLengthUBA6,ActiveU206-380GGSTFullLengthUBA7(UBE1L),ActiveU207-380GGSTFullLengthUBA2(SAE2)ProteinU202-30GGSTFullLengthUBA3(UBE1C)ProteinU203-30GGSTFullLengthUBLE1A(SAE1)ProteinU208-30GGSTFullLengthNAE1/UBA3Complex,ActiveU203-380GHis/GST2-endE2泛素結(jié)合酶產(chǎn)品（部分）產(chǎn)品名稱貨號(hào)標(biāo)簽序列

UBE2A,ActiveU210-380HHisFullLengthUBE2C,ActiveU212-380HHisFullLengthUBE2D1(UBCH5A),ActiveU213-380HHisFullLengthUBE2D2(UBC4),ActiveU214-380HHisFullLengthUBE2D3(UBCH5C),ActiveU215-380HHisFullLengthUBE2E1(UBCH6),ActiveU217-380HHis2-endUBE2E3(UBCH9),ActiveU219-380HHisFullLengthUBE2G1(UBC7),ActiveU221-380HHisFullLengthUBE2I(UBC9),ActiveU224-380HHisFullLengthUBE2K(UBC1),ActiveU227-380HHisFullLengthE3泛素連接酶產(chǎn)品（部分）產(chǎn)品名稱貨號(hào)標(biāo)簽序列

BIRC3,ActiveB280-380GGSTFullLengthBIRC7,ActiveB281-380GGSTFullLengthHERC4,ActiveH265-381GGST642-endMGRN1,ActiveM287-380GGST2-endRanBP2,ActiveR230-381HHis2553-2838

RNF34(CARP),ActiveR296-380GGSTFullLengthRNF34L(CARP2),ActiveR297-380GGSTFullLengthTRIM37,ActiveT292-380GGSTFullLengthWWP2,ActiveW297-380GGSTFullLengthCBLProteinC272-381GGST1-375免責(zé)聲明：義翹神州內(nèi)容團(tuán)隊(duì)僅是分享和解讀公開的研究論文及其發(fā)現(xiàn)，專注于介紹全球生物醫(yī)藥研究新進(jìn)展。本文僅作信息交流用，文中觀點(diǎn)不代表義翹神州立場(chǎng)。隨著對(duì)疾病機(jī)制研究的深入，新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果或結(jié)論可能會(huì)修改或推翻文中的描述，還請(qǐng)大家理解。本文不屬于治療方案推薦，如需獲得治療方案指導(dǎo)，請(qǐng)前往正規(guī)醫(yī)院就診?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】

Brandon

Dale,etal.Advancingtargetedproteindegradationforcancertherapy.NatureReviews

Cancer,/10.1038/s41568-021-00365-x2.

TinM.Tunjic,NoahWeber,MichaelBrunsteiner.Computeraideddrugdesigninthedevelopmentofproteolysistargetingchimeras.ComputationalandStructuralB