Ny klass av ”intramolekylära bivalenta lim” kan förändra upptäckten av cancerläkemedel

IBG1 bryter ned BRD2 och BRD4 oberoende av DCAF15. a, IBG1:s struktur. b, IBG1:s BET-proteinnedbrytningsaktivitet. HEK293-celler behandlades under 6 timmar med DMSO, E7820 (1 μM) eller ökande koncentrationer av IBG1. BET-protein kvantifierades med immunoblot. Data representativa för n = 3 oberoende experiment. c, Förändringar i hela proteomet efter behandling med nedbrytare. Kvantitativ proteomik i KBM7-celler utfördes efter 6 timmars behandling med DMSO, IBG1 (1 nM) eller dBET6 (10 nM). log2-transformerad fold change och -log10-transformerad Benjamini-Hochberg-justerad envägs variansanalys (ANOVA) P-värde jämfört med DMSO-behandling. n = 3 biologiska replikat. d, NanoBRET kinetisk nedbrytningsassay. BromoTag-HiBiT-BRD4 knock-in HEK293-celler behandlades med IBG1 med eller utan MLN4924 (10 µM) förbehandling under 1 h. Medelvärde av n = 3 biologiska replikat. RLU, relativa ljusenheter. e, NanoBRET kinetisk ubiquitineringsanalys. LgBiT-transfekterade HiBiT-BromoTag-BRD4 knock-in HEK293-celler behandlades med IBG1 vid angivna koncentrationer eller vid 10 nM efter förbehandling med JQ1, E7820 (båda 10 µM) eller MLN4924 (1 µM) i 1 h. Genomsnitt av n = 4 biologiska replikat. f, DCAF15-oberoende nedbrytning av BET-protein. HCT-116-celler av vildtyp (WT) och DCAF15-knockout (KO) behandlades med ökande koncentrationer av IBG1 under 6 timmar och BET-protein kvantifierades med immunoblot. Data representativa för n = 3 oberoende experiment. Kredit: Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07089-6
IBG1 bryter ned BRD2 och BRD4 oberoende av DCAF15. a, IBG1:s struktur. b, IBG1:s BET-proteinnedbrytningsaktivitet. HEK293-celler behandlades under 6 timmar med DMSO, E7820 (1 μM) eller ökande koncentrationer av IBG1. BET-protein kvantifierades med immunoblot. Data representativa för n = 3 oberoende experiment. c, Förändringar i hela proteomet efter behandling med nedbrytare. Kvantitativ proteomik i KBM7-celler utfördes efter 6 timmars behandling med DMSO, IBG1 (1 nM) eller dBET6 (10 nM). log2-transformerad fold change och -log10-transformerad Benjamini-Hochberg-justerad envägs variansanalys (ANOVA) P-värde jämfört med DMSO-behandling. n = 3 biologiska replikat. d, NanoBRET kinetisk nedbrytningsassay. BromoTag-HiBiT-BRD4 knock-in HEK293-celler behandlades med IBG1 med eller utan MLN4924 (10 µM) förbehandling under 1 h. Medelvärde av n = 3 biologiska replikat. RLU, relativa ljusenheter. e, NanoBRET kinetisk ubiquitineringsanalys. LgBiT-transfekterade HiBiT-BromoTag-BRD4 knock-in HEK293-celler behandlades med IBG1 vid angivna koncentrationer eller vid 10 nM efter förbehandling med JQ1, E7820 (båda 10 µM) eller MLN4924 (1 µM) i 1 h. Genomsnitt av n = 4 biologiska replikat. f, DCAF15-oberoende nedbrytning av BET-protein. HCT-116-celler av vildtyp (WT) och DCAF15-knockout (KO) behandlades med ökande koncentrationer av IBG1 under 6 timmar och BET-protein kvantifierades med immunoblot. Data representativa för n = 3 oberoende experiment. Kredit: Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07089-6

En banbrytande klass av molekylära lim som identifierats vid University of Dundee kan bana väg för en ny generation läkemedel mot cancer och neurodegenerativa sjukdomar.

En forskargrupp vid universitetets center för målinriktad proteinnedbrytning (CeTPD) under ledning av professor Alessio Ciulli, i samarbete med forskargruppen kring Dr. Georg Winter vid forskningscentret för molekylär medicin (CEMM) vid den österrikiska vetenskapsakademin i Wien, har definierat en ny klass av så kallat ”intramolekylärt bivalent lim” som binder proteiner – avgörande för de celler som får våra kroppar att fungera korrekt – som annars skulle hålla sig isär.

Denna forskning har publicerats i tidskriften Nature.

”Dessa resultat har stor betydelse för hela läkemedelsindustrin som arbetar med riktade proteinnedbrytare”, säger professor Alessio Ciulli, chef för CeTPD i Dundee.

”Detta gäller särskilt för utvecklingen av läkemedel mot cancer, neurodegenerativa sjukdomar och många andra sjukdomar som drivs av proteiner som alltid har ansetts vara omöjliga att behandla.”

”Proteiner är nödvändiga för att våra celler ska fungera korrekt, men när dessa inte fungerar korrekt är kroppen sårbar för sjukdomar.”

”Det lim som vi har kunnat definiera är speciellt eftersom det först fäster sig på ett protein på två ställen – inte bara ett – och sedan rekryterar det andra proteinet, så att de två proteinerna effektivt kläms ihop.”

”Vi har endast kunnat identifiera detta med hjälp av vår teknik för riktad proteindegradering och har identifierat en sårbarhet som kan utnyttjas för att utforma nya läkemedel som potentiellt kan förändra behandlingen av cancerpatienter och patienter med andra obehandlingsbara sjukdomar.”

Riktad proteinnedbrytning (TPD) är ett framväxande område inom läkemedelsutveckling för behandling av sjukdomar som innebär att proteinåtervinningssystem i våra celler omdirigeras för att förstöra sjukdomsframkallande proteiner. De flesta TPD-strategier använder små molekyler – så kallade nedbrytare – för att rekrytera dessa målproteiner till en klass av enzymer som kallas ubiquitin E3-ligaser.

E3-ligaserna märker målproteinet med ubiquitin, vilket i slutändan leder till att det sjukdomsframkallande proteinet förstörs via cellens avfallsbehållare: proteasomen.

I samarbete med kollegor vid CEMM, Goethe-universitetet i Frankfurt och Eisai Co. Ltd, det japanska läkemedelsföretaget, har Dundee-teamet kunnat avslöja en ny mekanism för molekylär limning, som skiljer sig från de tidigare kända. Den nya mekanismen binder till två sidor av målproteinet istället för bara en, vilket leder till en omorganisering av hela proteinet och stabiliserar dess tidigare okända interaktion med E3-ligaset.

Dessutom kunde teamet för första gången visualisera den exakta mekanism genom vilken deras föreningar fungerar och sammanför målproteinerna med ett av dessa E3-ligaser. Eftersom molekylerna har två huvuden, som fäster på två olika regioner inom samma målprotein, har de kallats ”intramolekylära bivalenta lim”.

Detta världsledande arbete har också belyst tidigare underskattade funktioner och egenskaper hos molekylära lim, vilket banar väg för forskare att utveckla en djupare förståelse för lim som kan göra det möjligt att upptäcka nya klasser snabbare.

”Effekterna av det vi har avslöjat här kan inte underskattas”, tillade professor Ciulli. ”Detta kommer att ge ringar på vattnet inom hela läkemedelsindustrin och har potential att förändra hur vi ser på läkemedelsutveckling. Jag måste också hylla våra samarbetspartners, vars bidrag har varit avgörande för att uppnå detta avgörande genombrott.”

Ytterligare information: Alessio Ciulli, Targeted protein degradation via intramolecular bivalent genes, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07089-6. www.nature.com/articles/s41586-024-07089-6

Bli först med att kommentera

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte att publiceras.