异双功能型降解剂诱导的PTPN2/N1复合物的机制研究
文摘
2024-09-21 14:47
北京
近日，加州人寿公司（Calico）和艾伯维公司（AbbVie）合作在Communications Chemistry杂志发表了一篇题为“Mechanistic insights into a heterobifunctional degrader-induced PTPN2/N1 complex”的研究论文。蛋白酪氨酸磷酸酶PTPN2和PTPN1是多种细胞因子信号通路和T细胞受体信号通路的负调控因子，也是炎症的中枢调节因子。然而，磷酸酶之前被认为是具有挑战性的药物靶点，被认为不可成药。
去年该团队在Nature杂志发表文章，开发了PTPN2/N1的双靶抑制剂ABBV-CLS-484，目前已推进到临床1期。在该研究中，作者开发了PTPN2/N1双异双功能降解剂（Cmpd-1和Cmpd-2），发现Cmpd-1/2能促进E3泛素连接酶CRBN和PTPN2/N1的复合物有效组装，并介导PTPN2/N1的降解。同时作者还利用单颗粒冷冻电子显微镜（Cryo-EM）确定了DDB1-CRBN/Cmpd-1/PTPN2的高分辨率结构，并通过分子动力学说明了PTPN2和CRBN间的动态相互作用（图1）。![]()
作者首先根据文献，选择了CRBN和PTPN2/N1的配体，经过迭代设计，鉴定出Cmpd-1和Cmpd-2两个分子，而且两个分子仅在CRBN配体的异双环区域有一个N-甲基到氧原子的置换。接着通过生物膜干涉实验（BLI）、等温滴定量热实验（ITC）、体积排阻色谱法（SEC）测定了Cmpd-1和Cmpd-2与PTPN2/N1的亲和力，及DDB1-CRBN-PTPN2/N1-Cmpd-1/2三元复合物的亲和力，并说明了Cmpd-1/2在复合物形成中存在关键作用。作者还通过X-ray解析了PTPN2/N1和Cmpd-1/2结合的重要位点（图2）。 ![]()
接着作者在体内体外实验中验证了Cmpd-1/2对PTPN2/N1的降解效果。在人源293T细胞和小鼠B16F10肿瘤细胞系中，作者发现Cmpd-1/2具有细胞依赖降解活性和剂量依赖。同时作者还鉴定了PTPN2/N1下游因子STAT1的磷酸化，发现Cmpd-1/2处理后STAT1的磷酸化增加且具有剂量依赖（图3）。![]()
为更好的理解降解子驱动的PTPN2降解机制，作者利用Cryo-EM解析了DDB1-CRBN/PTPN2/Cmpd-1三元复合物的结构信息。作者首先通过SEC分离复合物并通过冷冻电镜技术获得了约3.3埃的复合物信息。结果显示PTPN2结合在CRBN端，但密度信息不能被很好的解析。作者认为可能是复合物处于动态变化导致的。相比PTPN2/Cmpd-2，DDB1-CRBN/PTPN2/Cmpd-1复合物结构显示降解子进一步稳定了复合物中CRBN的构像。但是作者根据Cryo-EM的结构数据预测的PTPN2的关键结合位点并不影响其和DDB1-CRBN的亲和力。作者认为Cryo-EM解析的模型仅代表复合物的一种低能量模式，但覆盖了PTPN2的动态变化（图4）。![]()
最后为进一步理解三元复合物的结构，作者通过分子动力学（MD）模拟了DDB1-CRBN/PTPN2/Cmpd-1的结构，发现PTPN2和CRBN间存在柔性的互作界面，尽管PTPN2观察到了较大的位移，但这种位移属于刚体运动，而非广泛的结构重排。这种刚性运动导致了PTPN2和CRBN不同的界面和残基互作，扮演着关键角色。作者还通过重复，发现了PTPN2的多个残基都与CRBN形成了接触，但并未在Cryo-EM揭示的PTPN2-CRBN邻近区域。为验证这些结果，作者通过氢-氘质量光谱（HDX-MS）实验，证实PTPN2与化合物形成氢键的肽段能被保护而免于被交换，而且DDB1-CRBN/PTPN2/Cmpd-1复合物中存在一个关键的肽段，与MD模拟的结果类似，但在Cryo-EM模型中并未发现该肽段与DDB1-CRBN有直接作用。作者证实突变MD模拟发现的PTPN2关键残基能减弱PTPN2与DDB1-CRBN的亲和力，表明改变PTPN2与CRBN之间的动态相互作用可能降低复合物的形成效率（图5）。因此，PTPN2与CRBN之间的动态相互作用对于调节整体复合物的形成是至关重要的。![]()
总的来说，作者基于冷冻电镜结构的分子动力学模拟捕捉到PTPN2在CRBN上的动态运动，证明了PTPN2/N1异双功能降解剂的开发在癌症免疫治疗中的潜在应用。
