本月，加州大学伯克利分校的野村集团在bioRxiv上上传了一篇关于化学诱导泛素去除(野村2021.pdf)的论文。这项技术名为DUBTAC，类似于PROTAC，是一种热蛋白降解诱导技术，但功能相反。它是通过诱导泛素去除酶(DUB)选择性水解目标泛素来减少目标蛋白的降解。因为作者从事蛋白质组学研究多年，所以他在之前的研究中先用不可逆探针搜索了哪些dub可以被这些探针标记，哪些可以选择性标记非催化半胱氨酸(这个很重要)，最后找到了一个dub，命名为OTUB1。然后，作者用一个不可逆的OTUB1配体与一种上市药物——突变F508-CFTR受体修复剂lumacaftor链接，形成第一代DUBTAC，显著降低了突变F508-CFTR的降解速率。由这种选择性差的配体制成的DUBTAC选择性好，270个标记蛋白中只有5个可能与OTUB竞争。野村是化学生物学著名大牛克拉瓦特的弟子之一。这项工作的许多关键技术来自Cravatt。
药物来源分析
随着第一代PROTAC药物进入临床并显示出一定的疗效和安全性，蛋白质降解正成为小分子药物发展的重要前沿。除了降解胞内蛋白的PROTAC，还有降解膜蛋白的ENTAC，降解胞外蛋白的LYTAC，降解RNA的RIBOTAC，诱导自噬的AUTAC，单功能分子胶。沿着同样的思路，一些人试图通过将磷酸酶(PHICS)、激酶和靶向蛋白与双功能分子配对来改变磷酸化水平。理论上，许多蛋白质表达后修饰机制可能由这些双功能分子指导。泛素和去泛素与磷酸酶和激酶的关系相同，一个红脸和一个白脸共同调控泛素化的关键功能。这是第一个公开发表的DUBTAC，除了功能之外，视觉上和PROTAC很像。
虽然DUBTAC似乎是一个与PROTAC非常接近的概念，但在实现上仍有许多关键差异。是配体结合点。PROTAC靶向的E3主要是骨架蛋白，但DUBTAC的DUB需要保留其催化功能。如果你的配体与催化腔结合，即使能把DUB和靶蛋白拉在一起，但如果结合腔已经被DUBTAC占据，那还是一个撕不掉靶蛋白的死刑判决。为了筛选对活性半胱氨酸有足够选择性的变构半胱氨酸，作者做了很大的努力。第二，两种技术对这两种酶的活性可能有不同的要求。PROTAC可能只需要低水平的泛素化靶标就能一点一点降解目标蛋白，但DUBTAC可能需要水解大部分泛素才能避免靶标降解。当然，这个要求是理论上的。本文发现，只要60%的OTUB被DUBTAC占用，CFTR就可以得到保护。一个相关的障碍是DUB的细胞内浓度。我记得OTUB的浓度至少在某些细胞中高达1uM，所以要做到60%的份额并不容易。最后，PROTAC不需要目标蛋白的高度泛素化，但目标蛋白必须在DUBTAC发挥作用之前已经被泛素化。
有些蛋白质被降解有助于治病，但有些蛋白质需要保护。比如作者选择的CFTR受体是导致囊性纤维化的原因，而F508突变是最重要的突变，所以受体变得不稳定，提前降解。以前制药行业的策略是用各种小分子药物来稳定受体结构，增加受体在细胞膜上的积累。傅的三药组合已经是超重磅药物，其中Kalydeco是FDA第一个突破性药物。一位患者的母亲将药物的分子结构纹在脚背上以示感谢。CF是一种很残酷的病。有一部电影叫《相隔5码》，描述了这些少年的生活。如今，小分子药物大大改善了CF的治疗，但通过不同机制增加CFTR可能会提供新的益处。当然，除了CFTR，还有很多蛋白质需要保护，最著名的就是四大著名肿瘤之首的p53。
E3和DUB有很多，但除了少数活性相对较高的配体外，不容易找到分子量小的高活性配体。今天，这项工作选择了低悬共价配体，这是一个高风险的策略。即使你的DUBTAC与其他dub无关，但任何脱靶蛋白与如此大的分子之间的化学反应都是令人担忧的。与PROTAC一样，DUBTAC是一种灵活的高分子量化合物，其药代动力学性质难以优化，其开发面临类似的障碍。泛素水平并不总是蛋白质降解复杂调控过程中的限速步骤。比如泛素化蛋白，需要用ATP酶从细胞膜、组蛋白等大结构中提取出来。如果这个过程脱离了链条，它仍然不能降解或保护目标蛋白质。然而，最近各种tac的发明使小分子药物的发展有了一个令人兴奋的方向，人们希望从这些技术中出现一种真正的破坏性疗法。