多样的靶向蛋白质降解(TPD)策略 - MedChemExpress

除了 PROTAC 之外，许多不同的靶向蛋白质降解 (TPD) 策略正在出现，尤其近年来出现的通过溶酶体途径的 TPD 策略， 如LYTAC、AbTAC、ATTEC、AUTAC、双特异性核酸配体嵌合体和 AUTOTAC…… 

图 1. 溶酶体依赖性蛋白质降解策略^[1]。

A. LYTAC 和其他通过溶酶体途径降解技术的示意图。B. LYTAC 分子和双特异性适体嵌合体通过接合 POI 和溶酶体靶向受体 (LTR) 来降解膜蛋白和细胞外分子。AbTAC 利用膜 E3 连接酶 RNF43，通过溶酶体依赖性方式降解膜蛋白; GlueTAC 利用溶酶体分选序列 (LSS) 来促进溶酶体降解；AUTAC、ATTEC 和 AUTOTAC 促进 POI 特异性自噬体的形成，并随后通过溶酶体降解 POI。
 

与只能降解某些细胞内蛋白质的基于蛋白酶体的 TPD 相比，基于溶酶体的 TPD 具有去除蛋白质聚集体、破坏多余细胞器、膜和细胞外蛋白质的潜力。

本期小 M 主要为大家介绍通过自噬降解多种靶点的闪亮新星 — ATTEC！

图 2. LYTAC、AUTAC、ATTEC 降解目标蛋白的机制^[2][3]。

(A) ATTEC 分子结构及降解目标蛋白机制。(B) LYTAC、AUTAC、ATTEC降解目标蛋白 (POI) 的机制: (Ⅰ) LYTAC 分子由靶向 POI 的抗体和 6-磷酸甘露糖 (M6P) 共价连接组成，在受体介导的内化后实现 POI 在溶酶体降解。(Ⅱ) AUTAC分子一端为 POI 配体，另一端为自噬招募标签，可触发 POI 的 K63 泛素化，通过选择性自噬途径进行降解。(Ⅲ) ATTEC 连接 POI 和 LC3，通过自噬-溶酶体途径降解 POI。

复旦大学鲁伯埙教授团队与其合作团队曾在某杂志 Nature 上发表了名为“Allele-selective Lowering of Mutant HTT Protein by HTT-LC3 Linker Compounds”的文章，该文入选为 Nature 2019 年度十大杰出论文。文中作者开创性地提出了 ATTEC 的概念，报道了一系列可连接突变 huntingtin 蛋白 (mHTT) 和 LC3 的分子胶化合物 (图 3)。

图 3. 一系列可连接突变 mHTT 和 LC3 的分子胶化合物^[4]。
 

mHTT 是一种亨廷顿病 (HD) 致病蛋白，具有扩展的多聚谷氨酰胺 (polyQ) 延伸。基于新型高通量药物筛选平台，作者筛选出了一系列可连接 mHTT 和 LC3 的 ATTEC 分子，分别为 10O5 (GW)、8F20 (Ispinesib)、AN1 、AN2。实验结果表明，这些化合物可以在细胞内和动物模型体内将 mHTT 靶向自噬体并降解 mHTT，而不影响 wtHTT 的水平，还可以缓解 HD 相关表型 (图 4)

图 4. TTEC 分子降解细胞中 mHTT，并在细胞及小鼠 HD 模型中缓解 HD 相关表型^[4]。

(A) 在自噬抑制剂 NH₄Cl、Chloroquine、bafA1 或自噬增强剂 Rapamycin 存在下ATTEC 分子对永生化成纤维细胞中 mHTT 含量影响。(B) 用 ATTEC 分子处理 HD 患者 iPS 细胞来源的纹状体神经元，并对神经元特异性微管蛋白标记物 TUBB3 进行免疫染色。(C-E) 腹腔注射 0.5 mg/kg ATTEC 分子后小鼠行为测试，显示 HD 相关表型有所改善。

2021 年 7 月，鲁伯埙教授团队又将上述 LC3 配体 10O5 (GW) 和 AN2 (DP) 通过 linker 分别与脂滴配体 (Sudan IV、Sudan III) 连接，开发了可连接脂滴 与 LC3 的 ATTEC 分子 (LD-ATTEC1/2 /3 /4 , C1-C4)。实验结果表明这些化合物能几乎完全清除 LD，并由 LC3 和自噬介导，还在肝脂质沉积症小鼠模型中缓解了 LD 相关表型。在这项工作中，作者利用 ATTEC 技术首次实现了对脂类的非蛋白质类生物大分子的降解，实现了从蛋白向非蛋白物质的突破[5]。
 

图 5. LD•ATTECs (C1-C4) 的分子结构图^[5]。
 

同年 11 月，四川大学欧阳亮教授使用上述 LC3 配体 GW 连接 BRD4 抑制剂 (JQ1) 得到了 ATTEC 分子 (化合物 10f)。化合物 10f 通过自噬途径有效降解 BRD4 蛋白，并在多种肿瘤细胞中表现出良好的抗增殖活性 (图 6A)[6]。2022 年 5 月第二军医大学盛春泉教授使用上述 LC3 配体 8F20 (Ispinesib) 连接烟酰胺磷酸核糖转移酶 (NAMPT) 抑制剂 (MS2) 得到了 ATTEC 分子 (化合物 A3)。结果表明化合物 A3 可通过自噬-溶酶体途径有效降解 NAMPT，这项工作也为 NAMPT 的靶向降解提供了一种新思路 (图 6B)[7]。

图 6. ATTEC 分子 (A) 化合物 10f 和 (B) A3 的结构^[6][7]。

今年 10 月，鲁伯埙教授团队使用前期得到的 LC3 配体 GW 连接线粒体外膜蛋白 (TSPO) 配体，得到了可以靶向清除受损线粒体的 ATTEC 分子(化合物 mT1)。实验结果表明，化合物 mT1 可通过 LC3 和自噬相关蛋白 (ATG) 依赖性自噬诱导线粒体降解，并减弱了 PD 细胞模型和唐氏综合症 (DS) 类器官模型中的疾病表型。这项研究证明了 ATTEC 分子用于降解线粒体的可能性，证实了 ATTEC 降解细胞器的能力，为线粒体相关疾病的研究提供了新策略。

图 7. ATTEC 分子 (mT1) 诱导线粒体降解，并减弱 PD 细胞模型和 DS 类器官模型中的疾病表型^[8]。

(A)化合物 mT1 结构式。(B) HeLa 细胞用 mito-Keima 转染，然后用 DMSO、mT1、CCCP 或 mT1 + CCCP 处理, 对 mito-Keima 的红色信号进行量化，显示 mT1 具有优先降解受损的线粒体。(C) HeLa 细胞经 mT1 处理 48 h 后用 TOM20 抗体进行免疫荧光染色。(D-E) WT 或 LC3B/ATG5 KO 293T 细胞用 mT1 处理 48 h 用 TOM20 抗体进行免疫荧光染色。(F-G) 用 mT1 处理整倍体 (euploid 细胞) 和 DS 组 (trisomy 细胞) 中的皮质神经元，用 TOM20 和 TUJ1 抗体对进行免疫染色，显示 mT1 处理减少了 DS 细胞皮质神经元中线粒体聚集。

ATTEC 技术极大地扩展了降解剂的潜在应用，为靶向降解领域开辟了新的研究途径。尽管关于 ATTEC 的研究目前主要集中在致病蛋白，但在降解蛋白质聚集体、脂质、DNA/RNA 分子、过氧化物酶体、核糖体、受损的线粒体，甚至微生物病原体等方面也具有巨大的潜力[3]。


今天，小 M 为大家介绍了利用自噬-溶酶体途径降解靶蛋白的闪亮新星——ATTEC，并盘点了近几年涌现的 ATTEC 分子。可以看到，ATTEC 分子在降解致病蛋白、脂质、细胞器等多种靶点方面有着巨大的潜力，其结构特点也使其具有较好的成药潜力。但目前已知的 LC3 配体小分子数量和种类仍然十分有限，另外，所形成的嵌合体也有待科学家们的深入研究。

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参考文献：

[1] Zhao L, et al. Targeted protein degradation: mechanisms, strategies and application. Signal Transduct Target Ther. 2022 Apr 4;7(1):113. 

[2] Zeng Y, et al,. Degradation of Cyclin-Dependent Kinase 9/Cyclin T1 by Optimized Microtubule-Associated Protein 1 Light Chain 3 Beta-Recruiting Coumarin Analogs. J Med Chem. 2023 Sep 28;66(18):12877-12893.

[3] Ding Y, et al,. Emerging New Concepts of Degrader Technologies. Trends Pharmacol Sci. 2020 Jul;41(7):464-474. 

[4] Li Z,et al,. Allele-selective lowering of mutant HTT protein by HTT-LC3 linker compounds. Nature. 2019 Nov;575(7781):203-209. 

[5] Fu Y, et al. Degradation of lipid droplets by chimeric autophagy-tethering compounds. Cell Res. 2021 Sep;31(9):965-979. 

[6] Pei J, et al. Developing potent LC3-targeting AUTAC tools for protein degradation with selective autophagy. Chem Commun (Camb). 2021 Dec 7;57(97):13194-13197. 

[7] Dong G, et al. Ispinesib as an Effective Warhead for the Design of Autophagosome-Tethering Chimeras: Discovery of Potent Degraders of Nicotinamide Phosphoribosyltransferase (NAMPT). J Med Chem. 2022 Jun 9;65(11):7619-7628. 

[8] Tan S, et al. Targeted clearance of mitochondria by an autophagy-tethering compound (ATTEC) and its potential therapeutic effects. Sci Bull (Beijing). 2023 Oct 26:S2095-9273(23)00721-1.