分享一篇发表在JACS上的文章Chemical Specification of E3 Ubiquitin Ligase Engagement by Cysteine-Reactive Chemistry，通讯作者是斯坦福大学的Stephen M. Hinshaw和Nathanael S. Gray教授，后者课题组的主要研究方向是发展新型的化学探针和针对重要靶点的化学药物。蛋白靶向降解技术目前受限于可用的E3泛素连接酶及其选择性配体较少等问题，本文作者在研究bromodomain抑制剂JQ1的亲电性衍生物时发现它能够通过招募E3泛素连接酶DCAF16或DCAF11来实现BRD4的靶向降解，进而为小分子降解剂的设计提供了全新的思路。作者在研究JQ1与一种带有丙烯酰胺基团的RNA病毒复制抑制剂的偶联物STT-03-053-1时发现它能够促进BRD4蛋白的降解，该过程的DC50为2.4 μM，最大降解比例可达74%。进一步的机制研究表明该降解过程依赖于结构中的丙烯酰胺，他们随后通过CRISPR筛选找到了该过程的E3泛素连接酶为DCAF16。根据此前的报道，BRD4和DCAF16的蛋白结构间存在互补性，暗示着可能无需特异性的DCAF16配体即可实现对DCAF16的招募。为了验证这一想法，作者使用N-苯基丙烯酰胺与JQ1进行偶联得到RCS-03-017，并发现其同样能够有效促进BRD4的降解，说明只要在JQ1基础上衍生出亲电基团就足以实现对BRD4的降解。作者随后也确定了RCS-03-017在DCAF16上的结合位点是173位的半胱氨酸。为了探究不同的亲电性反应基团是否具有类似的招募E3泛素连接酶的效果，作者合成了10种不同亲电基团结构的JQ1衍生物，包括丙烯酰胺、氯乙酰胺、乙烯基磺酰胺以及氰基丙烯酰胺。通过对比几种衍生物在处理5h后BRD4蛋白的降解程度后他们发现，带有氰基丙烯酰胺的化合物RCS-03-104-4具有最强的诱导BRD4降解能力，DC50可达79 nM。随后作者也在它的基础上对连接部分的长度进行了优化，他们发现将连接部分由三个碳缩短到一个碳会降低化合物的诱导降解能力，诱导降解活性最强的为五个碳的聚乙二醇连接方式。此外，将连接部分换为具有刚性的哌嗪后则会完全失去诱导降解的活性，说明连接部分的灵活度对化合物的活性至关重要。最后作者对降解能力最强的RCS-03-104-4的机理展开研究，他们发现此时敲除DCAF16后化合物仍然保留了对BRD4的降解活性，说明将亲电基团从丙烯酰胺换为氰基丙烯酰胺后同时也改变了化合物招募的E3泛素连接酶类型。作者通过CRISPR筛选找到了对RCS-03-104-4发挥活性起关键作用的E3泛素连接酶是DCAF11，此时DCAF16仅对降解活性有很小的贡献，这些结果暗示着通过改变亲电基团类型来靶向不同E3泛素连接酶的可能性。总之，这篇文章发现在BRD4蛋白抑制剂的基础上仅添加一个亲电基团就能够实现对E3泛素连接酶的招募和对BRD4的靶向降解，该策略是否能够应用到其它蛋白的降解剂设计中还有待后续的研究。
本文作者：LDY
责任编辑：TZY
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c06622
文章引用：DOI: 10.1021/jacs.3c06622
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