Proteoliza celująca w chimerę
Chimera ukierunkowana na proteolizę ( PROTAC ) to heterobifunkcjonalna cząsteczka złożona z dwóch aktywnych domen i łącznika, zdolna do usuwania specyficznych niepożądanych białek. Zamiast działać jak konwencjonalny inhibitor enzymów , PROTAC działa poprzez indukcję selektywnej proteolizy wewnątrzkomórkowej . PROTAC składają się z dwóch kowalencyjnie połączonych cząsteczek wiążących białka: jednej zdolnej do zaangażowania ligazy ubikwitynowej E3 i drugiej, która wiąże się z docelowym białkiem przeznaczonym do degradacji. Rekrutacja ligazy E3 do docelowego białka powoduje ubikwitynację i późniejszą degradację docelowego białka przez proteasom . Ponieważ PROTAC muszą jedynie wiązać swoje cele z wysoką selektywnością (a nie hamować aktywność enzymatyczną docelowego białka), obecnie podejmuje się wiele wysiłków w celu przekształcenia wcześniej nieskutecznych cząsteczek inhibitorów na PROTAC dla leków nowej generacji.
, opisana po raz pierwszy przez Kathleen Sakamoto, Craiga Crewsa i Raya Deshaiesa w 2001 r., została zastosowana w wielu laboratoriach zajmujących się odkrywaniem leków przy użyciu różnych ligaz E3, w tym pVHL , CRBN , Mdm2 , beta-TrCP1 , DCAF15 , DCAF16, RNF114 i c-IAP1 . Uniwersytet Yale udzielił firmie Arvinas licencji na technologię PROTAC w latach 2013–2014.
W 2019 roku firma Arvinas poddała próbom klinicznym dwa PROTAC: ARV-110, degradator receptora androgenowego i ARV-471, degradator receptora estrogenowego .
Mechanizm akcji
PROTAC osiągają degradację poprzez „przejmowanie” układu ubikwityna-proteasom (UPS) komórki poprzez połączenie docelowego białka i ligazy E3.
Po pierwsze, ligaza E1 aktywuje i sprzęga ubikwitynę z ligazą E2. Ligaza E2 tworzy następnie kompleks z ligazą E3. Ligaza E3 celuje w białka i kowalencyjnie przyłącza ubikwitynę do białka będącego przedmiotem zainteresowania. Ostatecznie, po utworzeniu łańcucha ubikwityny, białko jest rozpoznawane i rozkładane przez proteasom 26S . PROTAC wykorzystują ten układ komórkowy, umieszczając interesujące białko w bliskiej odległości od ligazy E3 w celu katalizowania degradacji.
W przeciwieństwie do tradycyjnych inhibitorów, PROTAC mają mechanizm katalityczny , przy czym sam PROTAC jest poddawany recyklingowi po degradacji docelowego białka.
Projektowanie i rozwój
Przy opracowywaniu PROTAC należy wziąć pod uwagę głowicę nakierowaną na białko, ligazę E3 i łącznik. Można ocenić tworzenie trójskładnikowego kompleksu między białkiem będącym przedmiotem zainteresowania, PROTAC i ligazą E3, aby scharakteryzować aktywność PROTAC, ponieważ często prowadzi to do ubikwitynacji, a następnie degradacji docelowego białka. Efekt haczyka jest powszechnie obserwowany przy wysokich stężeniach PROTAC ze względu na dwufunkcyjny charakter środka degradującego.
Obecnie pVHL i CRBN stosowano w badaniach przedklinicznych jako ligazy E3. Jednakże nadal pozostają setki ligaz E3 do zbadania, a niektóre dają możliwość określenia specyficzności komórkowej.
Korzyści
W porównaniu z tradycyjnymi inhibitorami, PROTAC wykazują wiele korzyści, które czynią je pożądanymi kandydatami na leki. Ze względu na mechanizm katalityczny PROTAC można podawać w niższych dawkach w porównaniu z ich analogami inhibitorów. Wykazano, że niektóre PROTAC są bardziej selektywne niż ich analogi inhibitorów, ograniczając efekty niepożądane. PROTAC mają zdolność celowania w białka, których wcześniej nie można było leczyć, ponieważ nie muszą celować w kieszenie katalityczne. oporności na leki spowodowanej mutacjami, często spotykanej w przypadku inhibitorów enzymatycznych.