JMC | 阿斯利康 | 开发E3连接酶DCAF15新型配体用于PROTAC
文摘
2024-03-24 18:32
荷兰
论文题目：Optimization of Potent Ligands for the E3 Ligase DCAF15 and Evaluation of Their Use in Heterobifunctional Degraders通讯作者：英国阿斯利康(AstraZeneca)公司Hit
Discovery部门的Simon C. C. Lucas大多数PROTAC使用的E3连接酶主要是CRBN和VHL。除此之外的IAP和MDM2使用并不广泛。CRBN配体使用沙利度胺，该化合物可同时作为分子胶发挥作用。VHL配体通常具有较高的PSA，可能不利于口服吸收。虽然基于VHL的可口服吸收的PROTAC曾有报道，但需较高剂量。有必要开发新的安全性高、可口服使用且选择性好的E3连接酶配体。全称：DDB1 and CUL4 associated factor 15，中文名称：特异性DNA损伤结合蛋白1(Damage specific DNA binding
protein 1)及Cullin4蛋白相关因子15。DCAF15是一个多亚基含RING(really interesting new gene,结构域是锌指类型的蛋白质结构域)的E3连接酶，属于CRL4(Cullin RING ligase 4)家族。CRL4家族中，CUL4蛋白可作为骨架连接RING结构域(通常是RBX1)与底物适配器(substrate adaptor)组成多亚基参与的E3连接酶“机器”。DCAF15的底物适配器是DDB1，并且需要DDA1稳定三元蛋白复合物。2017年，Science首次报道DCAF15可介导RBM39(RNA binging motif 39)蛋白的降解，其可与indisulam (1)、E7820(2)、CQS (3)和tasisulam (4)等配体结合。其中1和2曾被报道为抗肿瘤试剂，而且都上过临床治疗晚期实体瘤，但是单药给药疗效有限，因为缺乏具体的作用靶点。后续研究表明该药可能治疗成神经细胞瘤。E7820曾被开发为可通过DCAF15降解BRD4的PROTAC。基于1和2的PROTAC不能够实现十分显著的降解，如基于E7820的PROTAC降解BRD4的IC50值为10.84μM，Dmax为98%。基于现存DCAF15配体，已开发出超过100个PROTAC，但降解能力较弱。可能是因为磺胺基团与DCAF15间的亲和力限制了其降解能力。本文基于E7820进行结构改造以期获得DCAF15高结合配体。E7820与DCAF15-RBM39-DDB1-DDA1的蛋白复合物的X射线晶体结构及冷冻电镜结构均被解析。当RBM39存在时，E7820对DCAF15-RBM39的亲和力是对DCAF15的100倍。磺胺与Ala234与Phe235之间形成氢键，苯基与Phe235之形成π堆积，腈基并未形成相互作用。作者使主动学习自由能扰动模型(active learning free energy
perturbation (FEP) model)对2318个商业可得的酰氯进行筛选，并随后应用于DCAF15-RBM39结合位点预测配体结合自由能。对于活性高于E7820的化合物，基于其Bemis-Murcko 骨架(提取众多化合物的核心结构的算法，还有Analog series-based骨架)及分子量(<500 Da)进行人为聚类分析。随后药物化学家进一步人工筛选，将82个合成砌块挑出来用于合成。最后成功合成出66个磺胺化合物，并检测了其DCAF15亲和力。将12进行进一步优化。12可降解RBM39但降解活性弱于E7820。12的DCAF15-DDB1-DDA1三元复合物晶体结构分析：12无需RBM19存在即可结合。24结合DCAF15-DDB1-DDA1的冷冻电镜结构的共晶结构如下：E图是后期加的RBM39，图中显示24与RBM39之家存在空间碰撞。但是将24设计为PROTAC后发现其可以降解RBM39。作者合成了25个基于24的PROTAC去靶向5个不同的受体蛋白，如核受体、表姑按遗传受体和激酶等。但只有BRD4观察到了降解，DC50<1 μM。PROTAC 27保留对BRD4和DCAF15的亲和力。作者进行了竞争实验，使用MLN4924作为类泛素化的抑制剂，JQ1为BRD4抑制剂，24作为DCAF15的竞争配体。结果发现27发挥降解作用不是依赖于DCAF15。最近的研究发现含JQ1的异双功能分子可能与DCAF16之间发挥分子胶作用来介导降解。作者认为DCAF15或许不是一个很好的E3连接酶供PROTAC使用。
本文的研究说明了开发新型E3连接酶配体的不易。如需参考原文请点击阅读原文。
