«Молекулярный клей» направляет белки на разрушение

Молекулы небольшого размера, скрепляющие два белка, которые в обычных условиях не способны к взаимодействию или имеют низкое сродство, называют «molecular glue» — «молекулярный клей». Целенаправленная деградация белков — одно из перспективных направлений их использования. Склеивающие молекулы, которые связывают два белка именно для разрушения, объединены в группу «molecular glue degraders» — склеивающих молекул, опосредующих деградацию. Идея заключается в принудительном направлении целевого белка в систему убиквитинирования для дальнейшего разрушения. Основная роль отводится именно склеивающей молекуле — она должна соединить таргетный белок и E3-убиквитинлигазу, которая участвует в посттрансляционной модификации белков. Полиубиквитиновая метка, присоединяемая к белку E3-лигазой, направляет его в протеасому, где белок разрушается.

Классическим примером опосредующего деградацию «молекулярного клея» служит талидомид, он известен выраженным тератогенным действием, но нашел применение в лечении множественной миеломы. Мишень талидомида — белок цереблон, субстратный рецептор Е3-убиквитинлигазы. Образованный талидомидом ферментный комплекс запускает деградацию факторов транскрипции Ikaros (IKZF1) и Aiolos (IKZF3) в В-лимфоцитах. Отсутствие этих факторов приводит к гибели клеток множественной миеломы. После случайного открытия других аналогичных молекул, например, арилсульфонамидов, группа исследователей под руководством доктора Зузанны Козицкой начала целенаправленный поиск таких соединений.

Ученые проанализировали набор данных о цитотоксичности лекарств и сопоставили их с уровнем экспрессии лигазы E3 в линиях раковых клеток. Они подтвердили гипотезу о том, что лигазозависимая токсичность означает деградацию основных белков. Исследователи обнаружили молекулу CR8, которая приводит к деградации циклина K: при соединении с CR8 комплекс CDK12-DDB1 (циклин-зависимой киназы и белка, связывающегося с местом повреждения ДНК) приобретает нужную геометрию для убиквитинирования.

Затем, сравнивая токсичность соединений в клетках с неповрежденными и поврежденными механизмами деградации, ученые выявили более 40 различных деструкторов циклина К. Эти молекулы отличались от CR8, но механизм направленной деградации был схож. Все соединения взаимодействуют с CDK12 и всегда достигают остатка Arg928 в белке DDB1, хотя и разными способами.

Все найденные склеивающие молекулы, опосредующие деградацию, модифицировали контактную поверхность белков, приводя к новым белок-белковым взаимодействиям и облегчая убиквитинирование мишени.

Также ученые продемонстрировали, что степень деградации целевого белка можно предсказать по биохимическому сродству тройного комплекса «белок+молекула-клей+белок», что упрощает первоначальный скрининг молекул в качестве деструкторов.

За эти открытия доктор Зузанна Козицкая, лидер исследования, получила премию Science & SciLifeLab для молодых ученых. Идентифицированные соединения могут стать основой для разработки таргетных лекарственных препаратов, в том числе противоопухолевых. Традиционные подходы к инактивации ассоциированных с заболеванием белков (например, введение в активный сайт малых молекул) не могут эффективно обезвредить белки, лишенные определенных карманов связывания или ферментативных функций. Задействование механизмов деградации с помощью «молекулярного клея» позволяет обойти эти ограничения и удалить целевой белок из клетки. «Теперь задача состоит в том, чтобы пойти дальше и добиться направленного конструирования такого клея», — добавляет доктор Козицкая.

Цитата по пресс-релизу

Обратимая деградация белков теперь возможна в мышах