新型蛋白降解技术: LYTACs 和 AbTACs

2021
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TPD(Targeted protein degradation)靶向蛋白降解技术,蛋白质是生命活动的承担者,且蛋白的结构决定功能,蛋白质...

撰文 | HT 编辑 | 宁帅同学 

来源 | 药学速览 

1. TPD(Targeted protein degradation)靶向蛋白降解技术

蛋白质是生命活动的承担者,且蛋白的结构决定功能蛋白质构象的变化往往会引起疾病的产生。利用小分子选择性调控蛋白功能是治疗许多疾病的根本,然而传统意义上只有少数蛋白(20%左右)可以通过这种机制调控,大约80%左右与疾病发生相关的蛋白包括折叠蛋白、转录因子、以及非酶催化的蛋白等难以成药,也就是通常所说的不可成药靶蛋白

98241637018188812 人体分泌蛋白和膜蛋白分布 资料来源:Proteomics. Tissue-based map of the human proteome

科学家们设计利用细胞内天然存在蛋白降解系统来对疾病相关的蛋白进行降解,从而达到治疗疾病的效果,主要包括自噬靶向嵌合体(Autophagy-Targeting Chimera,AUTAC);以及自噬连接化合物(Autophagosome-tethering compound,ATTEC)以及最近较火的(Proteolysis-targeting chimera)PROTAC分子胶水等。

其中PROTAC技术相关的药物ARV-110 和ARV-471已经处于临床二期,但是这些蛋白降解技术主要针对于细胞内蛋白,对于胞外分泌蛋白以及膜蛋白并不适用,且分泌蛋白和膜蛋白在人体广泛分布,占比约40%,且有许多与疾病的发生发展有密切的关系,于是科学家们开发了新的技术:靶向嵌合体系统(Lysosome targeting chimaeras, LYTACs)和抗体为基础的PROTAC (Antibody-based PROTACs , AbTACs),今天着重给大家介绍一下LYTAC和AbTACs。

7821637018189089 蛋白降解技术总览 2. LYTAC和AbTACs概念介绍

LYTAC(见下图A)是一种新兴的利用溶酶体降解胞外和膜蛋白的技术,是2020年由Bertozzi教授首次提出,它也是一个双功能共轭物,同时结合细胞外蛋白细胞表面溶酶体靶向受体(LTR) 形成三元复合物,导致蛋白质可以通过网格蛋白介导的内吞作用内化。被吞没后,复合体依次通过早期内体(EE)和晚期内体(LE)随后,POI 进入溶酶体降解,而 LTR 被回收到细胞膜中通过回收内体(RE)。LYTAC可以在蛋白发挥功能前将其降解,因此避免了潜在的其他下游途径的激活。

30321637018189678 LYTAC和AbTACs概念介绍

双特异性抗体 (bsAbs)是指识别两种不同的表位或抗原一类分子。AbTAC(上图B)是一个完全重组双特异性免疫球蛋白 G (IgG),它可以同时可招募细胞膜表面E3 连接酶 (RNF43) 和细胞表面蛋白,诱导 RNF43-AbTAC-蛋白复合物内化,随后被溶酶体降解。

3. LYTAC和AbTACs技术发展  52521637018190414

3.1 LYTACs

其开发主要分为两部分,一部分是的结合LTR的片段,目前主要有两种,M6Pn和Tri-GalNAC, 另一部分是胞外蛋白结合的配体(POI-binding ligand),目前主要分为三种,抗体、小分子以及肽段

66931637018190709 图源:《New class of molecule targets proteins outside cells for degradation》

M6Pn细胞表面溶酶体靶向受体有较强的结合力且CI-M6PR在多种细胞中广泛表达,但M6Pn合成较为复杂;由于ASGPR是一种肝脏特异性溶酶体靶向受体,因此Tri-GalNAC可以以限制细胞类型的方式降解胞外蛋白,但局限性也在于只能针对肝细胞

胞外蛋白结合的配体中抗体具有很强的特异性,但本身性质不稳定;小分子具有很强的稳定性和很好的渗透性,但不太适合不可成药蛋白;而多肽易合成,成本低,但也相对不稳定,且具有较弱的细胞渗透性。因此设计开发LYTAC需要综合考虑多种因素。

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3.2 AbTACs:

其选用细胞膜表面E3 连接酶 (RNF43)的原因是因为RNF43 在多种癌细胞中广泛表达,如 MDA-MB-231、HCC827 和 T24 等,这证明它有潜在的普遍降解蛋白的可行性,除此之外,Surrozen公司的的SWEETS (Surrozen Wnt signal enhancer engineered for tissue specificity)技术平台证明可以通过结合RNF43和细胞膜表面蛋白,导致其被内吞和降解,从而可以负调控 Wnt 信号通路泛素化 Frizzled 受体

40491637018191281 Surrozen公司的的SWEETS技术原理 图源:https://www.surrozen.com/

Knobs-into-holes 技术:该技术在每个重链的CH3 域中产生“ knob”或“ hole”以促进 Fc 异二聚化,该技术不仅通过双特异性抗体的正确异源二聚体配对解决了重链错配的问题,而且获得了更为稳定的构象,利用此技术可以更好的设计AbTAC

47551637018198112 AbTACs技术的发展 资料来源Production of bispecific antibodies in “knobs-intoholes” using a cell-free expression system 4、 LYTAC和AbTACs技术的临床研究进展

目前为止,已有文献报道利用LYTAC和AbTAC技术已经可以成功降解分泌蛋白apolipoprotein E4 (ApoE4)和膜蛋白epidermal growth factor receptor (EGFR), CD71, programmed death-ligand 1 (PD-L1)。

24481637018198954 4种蛋白降解技术的机理对比(左)及优缺点分析图(右)

2021年8月25日,Lilly 公司宣布和Lycia公司(LYTAC技术发现者Carolyn R. Bertozzi合创)合作,Lilly 将使用 Lycia 专有的溶酶体靶向嵌合体蛋白质降解技术进行新型靶向疗法的开发和商业化,涉及自身免疫与疼痛缓解治疗。如果靶向降解胞外蛋白和膜蛋白技术能顺利走向临床和上市,这无疑将是人类的福音,将会有很多疾病得以治疗。

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图源:https://investor.lilly.com/news-releases/news-release-details/lilly-and-lycia-therapeutics-enter-strategic-collaboration 

参考文献: Emerging protein degradation strategies: expanding the scope to extracellular and membrane proteins  

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关键词:
LYTACs,AbTACs,LYTAC,双特异性,溶酶体,蛋白

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