楚霞:基于G-四链体RNA的PROTAC可靶向降解RNA结合蛋白FMRP,用于肿瘤免疫疗法

文摘   2024-09-30 18:30   北京  


脆性X精神发育迟滞蛋白(FMRP),是一种RNA结合蛋白(RBP),在人类肿瘤中异常高表达,并在肿瘤侵袭、转移和免疫逃避中发挥重要作用。FMRP显著调节癌细胞中一百多个基因的mRNA水平,如肿瘤分泌蛋白SPROS1)、白细胞介素-33IL-33)和外泌体相关基因的上调与趋化因子配体7CCL7)的下调。其中PROS1IL-33和外泌体通常是免疫抑制性的,能够引发Treg细胞和M2巨噬细胞聚集;而CCL7是促炎性的,能够激活和募集CD8 T细胞。因此FMRP被认为是一种多因素的肿瘤免疫调节剂,成为一种潜在的治疗靶点。

然而目前为止还没有针对FMRP的小分子抑制剂,其功能抑制只能通过基因方法来实现。原因主要有两方面:首先由于无序的结合口袋和可变的构象,筛选RBP的小分子配体很困难;其次FMRP包含至少四个典型的RNA结合基序:一个精氨酸-甘氨酸-甘氨酸(RGG)盒和三个异质核糖核蛋白K同源(KH)结构域,阻断其中一个RNA结合基序可能不会完全抑制FMRP的功能。

图1 FMRP结构图

因此,该研究考虑采用蛋白水解靶向嵌合体(PROTACs)的方式靶向降解FMRPPROTACS是一种异双功能分子,一部分结合E3泛素连接酶,另一部分结合目标蛋白(该部分可使用核酸构建)。该研究通过将具有FMRP靶向性的G四链体RNAsc1)与Von Hippel-LindauVHL)靶向配体肽连接,构建了一种多功能PROTAC,称为sc1-VHLLsc1-VHLL可以拉动FMRPE3连接酶,使两者接近,从而通过泛素化途径有效降解癌细胞中内源性FMRP。之后制备了叶酸(FA)修饰的脂质体纳米颗粒(LNPs)装载sc1-VHLL,从而在体内进行靶向递送。FMRP的降解不直接影响癌细胞活性,但改变了其分泌模式,显著抑制癌细胞增长。在CT26(小鼠结肠癌细胞系)肿瘤小鼠模型中,肿瘤内的 FMRP降解大大促进了淋巴细胞和CD8 T 细胞的浸润,并降低了Treg细胞的比例。从而在与免疫检查点阻断(ICB)疗法结合使用时,达到更加显著的肿瘤治疗效果。

图2 原理图

从之前的研究得到的与FMRPRGG基序结合的G4 RNA中挑取三个(sc1, sc2, sc5)进行筛选:选择了与RGG肽亲和力最高的sc1。在K+的参与下,sc1形成了一个G4结构和一个5 nt的茎结构,这两个结构对于与RGG肽的结合至关重要。大量证据表明肿瘤内K+水平异常高,有助于保持sc1G4结构。在VHL配体肽ALAPYIPC末端添加GSGS肽作为linker,通过无铜菌株促进的叠氮炔环加成(SPAAC)反应结合到叠氮修饰的VHL配体-GSGS肽上,最终得到sc1-VHLL

图3 sc1结构和sc1-VHLL合成


根据蛋白印迹表征可发现:400 nMsc1-VHLL足以显著下调FMRP蛋白水平;FMRP水平在转染sc1-VHLL3小时后开始下降,并在转染12 h后维持低水平。MG132蛋白酶抑制剂对FMRP降解的负面作用证明了sc1-VHLL通过泛素化途径诱导FMRP的降解(图4)。蛋白质组学则表明其他含有RGG结构域的蛋白质不受sc1-VHLL影响,显示其降解FMRP的特异性。

图4 Sc1-VHLL促进FMRP的蛋白酶体降解

FMRP水平的肿瘤细胞抑制PROS1IL-33和外泌体的分泌,但上调CCL7的表达,从而重塑促炎症因子并减弱肿瘤生长(图5)。HeLa细胞中结果类似,表明sc1-vh11诱导的人类细胞分泌模式的变化与小鼠细胞基本一致。

图5 Sc1-VHLL改变肿瘤细胞的分泌模式

RNA和多肽在生理环境中容易降解,很难进入细胞。因此该研究考虑采用脂质体纳米颗粒(LNP)平台装载sc1-VHLLLNPs的平均直径为134±2.6 nmsc1-VHLL的包封率较高(92.4%)。由于叶酸受体(FR)在包括CT26在内的许多类型的肿瘤中高表达,而正常组织中FR表达非常低或没有表达,该研究将FR的配体叶酸(FA)修饰到LNPs上,确保特异性,且修饰FA对颗粒大小、PDI无显著影响。

图6 sc1-VHLL@LNP-FA的制备与表征

LNP-FA装载的sc1-VHLL尾静脉注射至小鼠体内验证其肿瘤治疗效果(图7)。由于PD-L1抗体能有效抑制FMRP基因敲除肿瘤的生长,因此在注射sc1-VHLL@LNP-FA后一天给予PD-L1抗体,进行联合治疗。结果表明sc1-VHLL+PD-L1抗体联合治疗能够发挥更好的治疗效果。免疫荧光分析显示,在sc1-VHLL@LNP-FAsc1-VHLL@LNP-FA+PD-L1抗体组中,肿瘤内CD8 T细胞的数量显著增加,而在其他组中几乎检测不到CD8 T细胞。可得出,sc1-VHLL可显著促进淋巴细胞和CD8细胞的浸润,降低Treg细胞的比例,从而使冷肿瘤转化为热肿瘤,使以使用PD-L1抗体为主的免疫检查点阻断(ICB)疗法获得更好效果。

图7 体内肿瘤免疫治疗


点评:

1.根据靶向结合目标蛋白的RNA G4设计了PROTACs并靶向递送至癌细胞。

2.ICB疗法联合治疗为肿瘤免疫疗法提供了新策略。


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Peng R, Huang Q, Wang L, et al. G‐quadruplex RNA Based PROTAC Enables Targeted Degradation of RNA Binding Protein FMRP for Tumor Immunotherapy[J]. Angewandte Chemie, e202402715.

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