2025年3月25日，中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所陳小華課題組與譚敏佳、李佳課題組合作在Angew. Chem. Int. Ed.期刊發(fā)表題為“Cross-Linking Profiling of Molecular Glue Degrader-Induced E3 Ligase Interactome to Expand Target Space”的研究論文。團(tuán)隊(duì)基于基因密碼子擴(kuò)展技術(shù)、光交聯(lián)非天然氨基酸和蛋白質(zhì)組學(xué)分析，發(fā)展了一種在活細(xì)胞內(nèi)直接捕捉“分子膠誘導(dǎo)的E3連接酶-底物”相互作用的新方法。該方法為分子膠降解劑及其可調(diào)控的靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)提供了新的化學(xué)生物學(xué)工具，為探索“難成藥”靶標(biāo)的降解和擴(kuò)展靶標(biāo)空間提供新視角。該論文被Angew. Chem. Int. Ed.期刊選為“Very Important Paper”。

分子膠（Molecular Glue,MG）是一類(lèi)通過(guò)誘導(dǎo)形成新的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用（neoPPIs）來(lái)調(diào)控靶標(biāo)蛋白功能的小分子化合物（圖1a），已成為新藥發(fā)現(xiàn)和疾病治療新范式。發(fā)現(xiàn)分子膠誘導(dǎo)的底物，不僅對(duì)新分子膠降解劑的設(shè)計(jì)和發(fā)現(xiàn)具有重要科學(xué)意義，而且為擴(kuò)展靶標(biāo)空間提供新思路，從而發(fā)展疾病治療新策略。分子膠誘導(dǎo)的泛素蛋白酶體系統(tǒng)的靶向蛋白降解涉及多個(gè)生物學(xué)過(guò)程，然而，現(xiàn)有研究方法主要依賴于底物降解終點(diǎn)或底物泛素化標(biāo)記的檢測(cè)，難以有效捕獲分子膠誘導(dǎo)形成的E3連接酶與底物的動(dòng)態(tài)相互作用，制約了其可調(diào)控底物包括可降解和非降解底物的系統(tǒng)性發(fā)現(xiàn)及其作用機(jī)制的深入研究。針對(duì)以上挑戰(zhàn)，該研究提出了“光交聯(lián)非天然氨基酸捕捉分子膠誘導(dǎo)的底物”的策略，開(kāi)發(fā)了一種活細(xì)胞中分子膠誘導(dǎo)的底物發(fā)現(xiàn)新方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)分子膠誘導(dǎo)的E3連接酶底物及分子膠降解劑的發(fā)現(xiàn)（圖1b）。?

本研究基于基因密碼子擴(kuò)展技術(shù)，將具有光交聯(lián)活性的非天然氨基酸（UAA）定點(diǎn)引入到E3連接酶CRBN的底物結(jié)合界面，光激活條件下實(shí)現(xiàn)活細(xì)胞內(nèi)對(duì)分子膠誘導(dǎo)的CRBN-底物共價(jià)捕獲。這一方法突破了現(xiàn)有技術(shù)在靈敏度和準(zhǔn)確性上的限制，成功鑒定出分子膠CC-885誘導(dǎo)的內(nèi)源性降解底物（如GSPT1、GSPT2、ETF1），并揭示了臨床分子DKY709降解的新靶標(biāo)FIZ1，拓展其潛在靶標(biāo)空間。此外，基于分子膠與CRBN的結(jié)合特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了兩種新型分子膠降解劑CM-2和CM-3，這些分子膠在多發(fā)性骨髓瘤MM.1S細(xì)胞系中表現(xiàn)出顯著的抗增殖活性；并利用該方法揭示了其誘導(dǎo)的新底物（如ZFP91，PI4KB等），為開(kāi)發(fā)新一類(lèi)分子膠及其可調(diào)控的靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)提供了新策略。同時(shí)，該研究發(fā)現(xiàn)了底物與CRBN結(jié)合的新模式，為“E3連接酶-分子膠-誘導(dǎo)底物”的識(shí)別機(jī)制提供了新見(jiàn)解。

該項(xiàng)研究對(duì)分子膠發(fā)現(xiàn)的重要意義在于，更多不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型分子膠底物互作組的系統(tǒng)性分析結(jié)果，能夠?yàn)獒槍?duì)其中感興趣的被招募底物的新分子膠設(shè)計(jì)提供源頭信息，進(jìn)而設(shè)計(jì)特異性分子膠降解該底物、擴(kuò)展分子膠可調(diào)控的靶標(biāo)空間。該方法不僅能夠全面分析分子膠誘導(dǎo)的蛋白-蛋白相互作用，可擴(kuò)展到更多分子膠誘導(dǎo)底物的發(fā)現(xiàn)，為新分子膠及其可調(diào)控靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)提供了新策略；該方法還可拓展至更廣泛的靶向蛋白降解(TPD)和化學(xué)分子誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)互作領(lǐng)域的研究，有助于推進(jìn)針對(duì)"難成藥"靶標(biāo)的分子膠降解劑或蛋白質(zhì)穩(wěn)定劑的發(fā)現(xiàn)。?

上海藥物所副研究員許亞莉、同濟(jì)大學(xué)博士后趙雯思、上海藥物所博士后聶輝軍、助理工程師王家敏為本論文的共同第一作者。上海藥物所陳小華研究員、譚敏佳研究員、李佳研究員為本論文的通訊作者。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、上海市市科委揚(yáng)帆項(xiàng)目和上海藥物所自主部署項(xiàng)目等支持。

原文鏈接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202505053?

圖1. 本工作發(fā)展的活細(xì)胞內(nèi)“光交聯(lián)非天然氨基酸捕捉分子膠動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)的底物”新方法