PROTAC 的靶点
真核生物的蛋白降解途径主要分为溶酶体途径、泛素蛋白酶体途径、胞液蛋白酶水解途径和线粒体蛋白酶途径等四种(图1)。其中，PROTAC 所依赖的蛋白酶体途径主要针对细胞周期蛋白、转录因子、细胞表面受体以及胞内变性蛋白等进行降解。
图1. 不同蛋白降解途径特征
目前，PROTAC 已有靶向 ER、AR、BTK 以及 IRAK 的分子上市，不难看出，它们都是肿瘤相关蛋白。这些肿瘤相关蛋白，在特定的肿瘤细胞有特定的表型，或本身就是致癌蛋白，比如 Kras G12C，不用考虑在正常组织中的分布，可直接被降解。
如果是一个非特异性蛋白需要开发成高靶向性的PROTAC 该如何呢？我们总结了三种思路：一是光控 Linker 靶向释放；二是构建 PAC 分子；三是从 E3 连接酶的特异性上设计。
非特异性蛋白靶向思路一：光控Linker
光控Linker主要分成两种，一种是光敏基团遮蔽，一种是光敏基团异构。
光敏基团遮蔽：Xue等将原 PROTAC 分子 dBET1 的靶蛋白 BRD4 配体 JQ1 用 4,5-dimethoxy-2-nitrobenzeneDMNB 屏蔽，活性降低了 100 倍以上，之后再用 365 nm 的光照将 dBET1 释放，靶蛋白 BRD4 在 1 μM 浓度下几乎完全降解 (Dmax = 93%)。
图2.光控基团遮蔽 PROTAC[4]
光敏基团异构：Pfaff等利用偶氮苯异构体顺反式距离相差 3-4Â 正好与 PROTAC linker 活性与非活性差异区间类似的特点，将原 PROTAC 分子 ARV-771的linker用改造后包含顺式偶氮苯的结构。顺式偶氮苯可以在 415 nm 的光照下变为反式结构，恢复 ARV-771 活性链长。
图3.光控基团异构 PROTAC[5]
非特异性蛋白靶向思路二：PAC 分子
这是一种采用了抗体偶联药物(ADC)技术的分子，这种将 PROTAC 与 ADC 结合的技术也被称为抗体 PROTAC 复合物 (PAC)。
Maneiro等在曲妥珠单抗上通过一段连接子片段连上上文的 BRD4 降解剂 ARV-771，连接后的分子仅在 HER2 阳性乳腺癌细胞系中降解 BRD4，而避开了 HER2 阴性细胞。
图4. PAC分子及其连接子[6]
非特异性蛋白靶向思路三：特殊E3 连接酶
传统的E3连接酶选择是 CRBN、VHL 和 IAP 等配体，其中 VHL 可以被用于受体酪氨酸激酶 (RTK) 中，可作为降解膜蛋白的一种选择。对 E3 配体的考量，除了配体本身对 PROTAC 物理性质的影响外，还可以利用特殊的 E3 配体达到组织靶向性，比如 IAP 作为凋亡抑制蛋白，在癌细胞中高表达，可以基于此开发相应的 PROTAC 分子，该类分子也叫 SNIPER。
泛素样PHD和环指结构域 1 (UHRF1) 在乳腺癌等各种癌症中均过度表达，是环指 E3 泛素连接酶亚家族的成员，它通过与 H3K9me3 形成复合物发挥作用。Senisterra 等筛选 44000 个化合物库中破坏 UHRF1-H3K9me3 相互作用的小分子，最后通过优化发现了 Kd值为2.4 μM的 NV03。遗憾的是，目前还没有基于 UHRF1 的针对乳腺癌的 PROTAC 分子被开发。
图5. NV01作用模式及优化后 NV03 的结构[9]
总结：
PROTAC 分子虽然可以模块化地构建靶蛋白降解分子，但是靶点选择性的问题让它对一些非特殊蛋白束手无策。好在，可以结合光控基团和 PAC 的技术，“锦上添花”般优化已有分子的靶向性。但最终 PROTAC 选择性问题的解决还是需要从根本上去改造它的结构。
万丈高楼平地起，构建PROTAC 分子，合适的模块是必需的。MCE 是全球前沿的科研化学品和生物活性化合物供应商，可以为科学家提供 PROTAC 相关模块化产品，目前我们已有 PROTAC、SNIPER、PROTAC-Linker Conjugate for PAC 以及它们的构成模块等各种产品在线。同时，我们还提供 PROTAC 产品的一体化合成服务。
PROTAC 分子设计要素:
MCE的所有产品仅用作科学研究或药证申报，我们不为任何个人用途提供产品和服务。
参考文献
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9. Senisterra G, Zhu HY, Luo X, Zhang H, Xun G, Lu C, Xiao W, Hajian T, Loppnau P, Chau I, Li F, Allali-Hassani A, Atadja P, Oyang C, Li E, Brown PJ, Arrowsmith CH, Zhao K, Yu Z, Vedadi M. Discovery of Small-Molecule Antagonists of the H3K9me3 Binding to UHRF1 Tandem Tudor Domain. SLAS Discov. 2018 Oct;23(9):930-940.
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