蛋白质降解剂
靶向蛋白降解需要使用蛋白质降解剂,以在翻译后实现靶蛋白的强效和选择性敲减。 使用小分子双功能降解剂敲减靶蛋白的多种方式不断涌现,例如处于该领域前沿的 PROTAC® 分子、SNIPER、PHOTAC、Degronimids 和 uSMITEs™。
Bio-Techne 提供广泛的蛋白质降解剂和阴性质控品,以帮助您研究您关注的靶点。
什么是小分子蛋白质降解剂?

图 1:降解剂分子催化作用示意图
蛋白质降解剂是包含 3 种组分的双功能化合物:E3 泛素连接酶配体、连接链和所关注靶蛋白的配体。它们通过同时与 E3 连接酶和靶蛋白结合而诱导形成三元复合物。三元复合物形成有效地“劫持”E3 连接酶对所关注靶蛋白进行多聚泛素化,随后使用 26S 蛋白酶体进行降解。
降解剂可有效用于基础研究,以可逆和可调节的方式诱导选择性蛋白质敲减,而无需对细胞进行基因修饰。降解剂也具有治疗潜力,可用于靶向“不能成药”蛋白组并克服当前治疗常见的耐药机制。
PROTAC® 的概念于 2001 年首次提出。合成的第一代降解剂是基于肽的,并且不具有细胞渗透性,然而它们证明了使用 E3 连接酶降解靶蛋白的原理是可行的。Crews 研究团队还于 2008 年报告了首个小分子蛋白质降解剂。自此之后,科研人员合成了各种降解剂,可以募集不同的 E3 连接酶(包括 Cereblon、von Hippel Lindau (VHL) 和凋亡抑制因子 (IAP)),靶向各种蛋白质靶点(例如酶、受体、溴结构域和转录因子)。

图 2:Wes 数据显示 MOLT-4 细胞经过 200 或 500 nM THAL SNS 032(目录编号 6532)处理后,CDK9 亚型均被敲减。蛋白定量(与仅使用 DMSO 的质控品相比)显示在相应行下方。
实验由 Simple Western™ 应用科学团队进行。Simple Western 全自动 Western Blot 系统提供定量数据,从而可以准确测定蛋白质降解剂的 DC50 和 Dmax 值。
蛋白质降解剂的优势
蛋白质降解剂可方便替代 RNAi 和 CRISPR 等基因编辑方法,实现蛋白质敲减。一些优势总结如下:
- 降解剂使用方便快捷。它们可直接应用于细胞,无需表达载体或转染。
- 可通过改变所使用的降解剂剂量,轻松调节蛋白质降解水平。
- 降解剂可广泛用于不同的细胞系,因为它们不要求细胞必须易于转染。
- 降解剂的作用可在洗脱时逆转,因此作用持续时间易于控制。
- 降解剂能够以亚化学计量浓度使用,可产生显著和持续的作用(源自其催化作用模式)。与小分子抑制剂相比,降解剂可提供更强的选择性。例如,PROTAC® 分子 AT 1(目录编号 6356)是 BRD4 的选择性降解剂,而 AT 1 的靶蛋白配体组分 (+)- JQ1(目录编号 4499)还能抑制密切相关的 BET 溴结构域家族其他蛋白。
使用蛋白质降解剂
降解剂的活性由 DC50 和 Dmax 值表示。DC50 用于衡量效力,是 50% 靶蛋白降解时的降解剂浓度;相当于抑制剂的 IC50。Dmax 是可达到的最大降解水平。这些值可提供有效指导,以确定在实验中使用的降解剂的适当浓度。不同降解剂实现最大降解的时间存在显著差异,在计划实验时也应加以考虑。
很低的降解剂浓度即可实现靶蛋白的有效敲减。某些情况下,在较高剂量下,降解剂表现出“钩状效应”。该效应是指在降解剂浓度较高时,二元复合物的形成增加,与三元复合物的形成产生竞争,导致降解效率降低。

图3:此 Western Blot 表现出所谓的“钩状效应”,显示了降解剂介导的重组 BRD4 的多聚泛素化。CRBN E3 连接酶复合物(目录编号 E3-650)用于研究降解剂诱导的重组 FLAG 标记 BRD4((目录编号 SP-600)的体外多聚泛素化。结果使用抗 FLAG Western Blot 分析。底物的泛素化程度随反应中使用的降解剂浓度而变化。
分子胶
分子胶是一种小分子蛋白二聚体,通过与 PROTAC® 降解剂类似的机制,实现靶向蛋白降解。然而,分子胶不是嵌合分子。分子胶通过与靶蛋白和 E3 连接酶形成三元复合物来发挥作用,这能导致蛋白质的泛素化,然后被蛋白酶体破坏降解。分子胶与 E3 连接酶相互作用可导致 E3 连接酶结合位点的别构修饰,使得其不能结合天然底物,从而能够与目标蛋白(或新底物)形成三元复合物。与其他小分子蛋白降解剂一样,分子胶也具有催化作用。
Background Information
- LYTAC(LYsosome TArgeting Chimera molecule,溶酶体靶向嵌合体分子):LYTAC 将胞外目标蛋白转运至溶酶体中进行降解,由威斯康星大学发明。
- PROTAC®(PROteolysis TArgeting Chimeric molecule,蛋白水解靶向嵌合分子):这一术语在 Craig Crews 实验室(耶鲁大学)2001 年的一篇论文中提出,现被广泛用于指代蛋白降解剂分子。
- SNIPER(Specific and Nongenetic Inhibitor of apoptosis protein (IAP)-dependent Protein ERaser,特异性和非遗传性凋亡蛋白抑制剂 [IAP] 依赖性蛋白擦除剂):SNIPER 专门募集 E3 连接酶 IAP,由东京大学开发。
- PHOTAC(PHOtochemically TArgeting Chimera,光化学靶向嵌合体):这些是可由不同波长的光激活的光开关降解剂,由纽约大学开发。
- uSMITE™(Ubiquitin-mediated, Small Molecule-Induced Target Elimination technology,泛素介导的小分子诱导靶标消除技术):由 Cullgen 开发的一种降解剂。
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Itoh, Y et al. (2010) Protein knockdown using methyl bestatin-ligand hybrid molecules: design and synthesis of inducers of ubiquitination-mediated degradation of cellular retinoic acid-binding proteins. J. Am. Chem. Soc . 132:5820. PMID: 20369832.
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Reynders, M et al. (2020) PHOTACs enable optical control of protein degradation. Sci. Adv. PMID: 32128406.
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Rodriguez-Gonzalez, A et al. (2008) Targeting steroid hormone receptors for ubiquitination and degradation in breast and prostate cancer. Oncogene . PMID: 18794799.
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Sakamoto, K et al. (2001) Protacs: chimeric molecules that target proteins to the Skp1-Cullin-F box complex for ubiquitination and degradation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA PMID: 11438690.
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Schneekloth, A et al. (2008) Targeted intracellular protein degradation induced by a small molecule: En route to chemical proteomics. Bioorg. Med. Chem. Lett. PMID: 18752944.
PROTAC® 是 Arvinas Operations, Inc.的注册商标,经许可使用。