文章信息
文章題目：Selective degradation of multimeric proteins by TRIM21-based molecular glue and PROTAC degraders
期刊：Cell
發(fā)表時(shí)間：2024年11月1日
主要內(nèi)容：北京生命科學(xué)研究所/清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院韓霆實(shí)驗(yàn)室與黃牛實(shí)驗(yàn)室在Cell上在線發(fā)表了題為“Selective degradation of multimeric proteins by TRIM21-based molecular glue and PROTAC degraders”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)乙酰丙嗪的代謝產(chǎn)物(S)-ACE-OH具有E3泛素連接酶TRIM21介導(dǎo)的分子膠活性，并據(jù)此設(shè)計(jì)了基于TRIM21的新型PROTAC分子(命名為TrimTAC)，能夠選擇性降解多聚蛋白而不影響單體蛋白。由于異常蛋白聚集會(huì)引發(fā)自身免疫疾病、神經(jīng)退行性疾病以及癌癥，上述研究成果突顯出TrimTAC技術(shù)的應(yīng)用前景。
原文鏈接：https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(24)01197-8
使用TransGen產(chǎn)品：
BL21(DE3) Chemically Competent Cell (CD601)
研究背景
通過(guò)化學(xué)小分子誘導(dǎo)靶蛋白與E3泛素連接酶相互作用，實(shí)現(xiàn)靶蛋白特異性降解，是新興的藥物開(kāi)發(fā)模式，為“難以成藥”的靶點(diǎn)提供新解。此類化學(xué)分子主要分為PROTAC和分子膠兩類。PROTAC是一類雙功能分子，近期已有多個(gè)PROTAC分子進(jìn)入臨床試驗(yàn)并驗(yàn)證療效與安全性。分子膠是一類單價(jià)分子，通過(guò)增強(qiáng)蛋白間相互作用實(shí)現(xiàn)降解，代表性藥物在治療多發(fā)性骨髓瘤中展現(xiàn)出顯著效果。此外，韓霆團(tuán)隊(duì)前期發(fā)現(xiàn)的芳基磺胺類分子和HQ461也具有分子膠活性；這兩類分子膠的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步拓寬了分子膠的應(yīng)用范圍。雖然PROTAC和分子膠藥物開(kāi)發(fā)取得了顯著進(jìn)展，但是靶向蛋白降解領(lǐng)域主要依賴于CRBN或VHL等廣泛表達(dá)且持續(xù)活躍的E3泛素連接酶，在區(qū)分正常與致病蛋白的技術(shù)尚存不足，發(fā)現(xiàn)選擇性降解致病蛋白的E3泛素連接酶及其配體至關(guān)重要。
文章概述
研究人員首先發(fā)現(xiàn)乙酰丙嗪(ACE)與干擾素協(xié)同能殺傷非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞A549，且對(duì)部分腫瘤細(xì)胞有選擇性殺傷作用。進(jìn)一步研究顯示，ACE敏感細(xì)胞系通過(guò)醛酮還原酶將其轉(zhuǎn)化為S構(gòu)型的羥乙基丙嗪(ACE-OH)，后者負(fù)責(zé)殺傷腫瘤細(xì)胞。通過(guò)全基因組CRISPR篩選，研究人員確定TRIM21為介導(dǎo)(S)-ACE-OH殺傷腫瘤細(xì)胞的關(guān)鍵因子，且TRIM21的表達(dá)量與(S)-ACE-OH的細(xì)胞毒性正相關(guān)，受干擾素誘導(dǎo)。這些發(fā)現(xiàn)解釋了ACE和干擾素的協(xié)同作用機(jī)制。
TRIM21是先天免疫受體，能識(shí)別并結(jié)合逃逸到細(xì)胞質(zhì)內(nèi)并且被抗體包被的病毒從而觸發(fā)免疫反應(yīng)。研究人員推測(cè)TRIM21的Fc結(jié)合口袋可能是(S)-ACE-OH的結(jié)合位點(diǎn)，并通過(guò)突變實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一點(diǎn)。TRIM21還具有E3泛素連接酶活性，能誘導(dǎo)NUP35、SMPD4和GLE1等多個(gè)核孔蛋白降解，破壞核孔結(jié)構(gòu)。為了探究核孔復(fù)合物上TRIM21直接的作用靶點(diǎn)，研究人員進(jìn)行了CRISPR-suppressor scanning和PML-degron融合蛋白降解實(shí)驗(yàn)，將核孔復(fù)合物上的靶點(diǎn)錨定到了NUP98。研究人員進(jìn)一步使用GST pulldown和ITC實(shí)驗(yàn)在體外重構(gòu)了(S)-ACE-OH、TRIM21和NUP98的三元復(fù)合物，從而證明 (S)-ACE-OH是一種全新的分子膠。
研究人員通過(guò)X射線晶體衍射獲得乙酰丙嗪及其代謝物與TRIM21的共晶結(jié)構(gòu)，據(jù)此設(shè)計(jì)了基于TRIM21的PROTAC（命名為TrimTAC）。通過(guò)對(duì)比TrimTAC和傳統(tǒng)的基于CRBN的PROTAC的細(xì)胞活性，發(fā)現(xiàn)TrimTAC不能降解單體蛋白，但能降解聚集形式的蛋白，而傳統(tǒng)的基于CRBN的PROTAC無(wú)此特性。這一特性源于TRIM21與多聚靶蛋白結(jié)合后RING結(jié)構(gòu)域二聚，才能激活其E3泛素連接酶的活性。為了驗(yàn)證TrimTAC在疾病治療方面的應(yīng)用前景，研究人員使用TrimTAC實(shí)現(xiàn)了胞質(zhì)DNA誘導(dǎo)的cGAS聚集體的選擇性降解，從而為TrimTAC治療自身免疫性疾病提供了潛在應(yīng)用場(chǎng)景。
綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)乙酰丙嗪的代謝產(chǎn)物 (S)-ACE-OH 具有分子膠活性，誘導(dǎo) E3 泛素連接酶 TRIM21 與核孔蛋白 NUP98 相互作用，從而引發(fā)核孔蛋白的降解。基于乙酰丙嗪衍生的 TrimTAC 分子可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多聚致病蛋白的選擇性降解，而不影響單體蛋白。由于蛋白質(zhì)異常聚集可導(dǎo)致自身免疫疾病、神經(jīng)退行性疾病及癌癥等多種疾病，該研究展示了多聚體選擇性的TrimTAC技術(shù)的廣闊應(yīng)用前景。
基于TRIM21的分子膠和PROTAC的作用機(jī)理以及未來(lái)的應(yīng)用方向
全式金生物產(chǎn)品支撐
優(yōu)質(zhì)的試劑是科學(xué)研究的利器。全式金生物表達(dá)感受態(tài)細(xì)胞BL21(DE3) Chemically Competent Cell (CD601)助力本研究。
BL21(DE3) Chemically Competent Cell (CD601)
本產(chǎn)品經(jīng)特殊工藝制作，可用于DNA的化學(xué)轉(zhuǎn)化。使用pUC19質(zhì)粒DNA檢測(cè)，轉(zhuǎn)化效率高達(dá)107 cfu/μg DNA。使用Control Plasmid I (Amp+)用于檢測(cè)細(xì)胞是否具有表達(dá)功能，表達(dá)蛋白大小為25 kDa。
產(chǎn)品特點(diǎn)：
? 該菌株用于T7 RNA聚合酶為表達(dá)系統(tǒng)的高效外源基因的蛋白表達(dá)宿主，T7噬菌體RNA聚合酶基因的表達(dá)受控于λ噬菌體DE3區(qū)的lacUV5啟動(dòng)子，該區(qū)整合于BL21的染色體上。
? 該菌株適合于非毒性蛋白的表達(dá)。
全式金生物產(chǎn)品再一次登上Cell期刊，證明了大家對(duì)全式金生物產(chǎn)品品質(zhì)和實(shí)力的認(rèn)可，也完美詮釋了全式金生物一直以來(lái)秉承的“品質(zhì)高于一切，精品服務(wù)客戶”的理念。全式金生物始終在助力科研的道路上砥礪前行，希望未來(lái)能與更多的科研工作者并肩奮斗，用更多更好的產(chǎn)品持續(xù)助力科研。
使用BL21(DE3) Chemically Competent Cell (CD601)產(chǎn)品發(fā)表的部分文章：
? Lu P R, Cheng Y L, et al. Selective degradation of multimeric proteins by TRIM21-based molecular glue and PROTAC degraders [J]. Cell, 2024.
? Li H L, Zhang Y L, et al. Rift Valley fever virus coordinates the assembly of a programmable E3-ligase to promote viral replication [J]. Cell, 2024.
? Lan Z, Song Z, Wang Z, et al. Antagonistic RALF peptides control an intergeneric hybridization barrier on Brassicaceae stigmas[J]. Cell, 2023.
? Li X, Zhang Y, Xu L, et al. Ultrasensitive sensors reveal the spatiotemporal landscape of lactate metabolism in physiology and disease[J]. Cell Metabolism, 2023.
? Yang C, Wang Z, Kang Y, et al. Stress granule homeostasis is modulated by TRIM21-mediated ubiquitination of G3BP1 and autophagy-dependent elimination of stress granules[J]. Autophagy, 2023.
? Wang D, Xu C, Yang W, et al. E3 ligase RNF167 and deubiquitinase STAMBPL1 modulate mTOR and cancer progression[J]. Molecular cell, 2022.
? Chen Y G, Li D S, Ling Y, et al. A cryptic plant terpene cyclase producing unconventional 18‐and 14‐membered macrocyclic C25 and C20 terpenoids with immunosuppressive activity[J]. Angewandte Chemie, 2021.
