在人類細胞中，大約有514種不同的蛋白激酶在運作，這些激酶占整個人類基因組的2.5%。對于希望利用靶向蛋白降解（Targeted Pprotein Degradation，TPD）技術(shù)來破壞細胞內(nèi)激酶的科學家來說，了解這些激酶中哪些能夠被降解，以及哪些藥物分子能夠最好地降解可被降解的激酶，將加速他們開發(fā)用于癌癥和其它疾病治療的新療法。

近日，發(fā)表在Cell雜志上的一項研究中，來自Dana-Farber癌癥研究所的科學家們鑒定出了大約200種可被降解的激酶，繪制了首張可降解激酶圖譜。這張圖譜將幫助研究人員設計可靶向降解這些特定激酶的分子，有望對癌癥治療產(chǎn)生重大影響。

激酶在調(diào)節(jié)細胞蛋白活性方面起著關鍵作用，但在異常情況下，激酶能夠推動腫瘤細胞增殖，因此，激酶也是癌癥藥物的主要靶點。先前，一些靶向分子被設計用于與這些激酶（如BTK、CDK4/6）結(jié)合，抑制它們發(fā)揮作用，從而減緩腫瘤細胞生長或?qū)е履[瘤細胞死亡。然而，腫瘤細胞往往能夠克服這種作用，對激酶抑制劑產(chǎn)生耐藥性，從而恢復生長。

為了克服激酶抑制劑耐藥這一問題，并有機會靶向那些還沒有研發(fā)出相應抑制劑的激酶，科學家們開發(fā)出了一種新技術(shù)——靶向蛋白降解（TPD）?；谠摷夹g(shù)開發(fā)出的分子并不是通過與激酶結(jié)合來發(fā)揮抑制作用，而是直接將致病激酶摧毀。

在細胞中，一種被稱為E3（泛素）連接酶的分子可通過將一種叫做泛素的小蛋白貼在靶蛋白上將其標記為缺陷或受損蛋白。之后，細胞內(nèi)的蛋白粉碎機（即，蛋白酶體）會降解被標記的靶蛋白。2004年，來自以色列和美國的三位科學家曾因發(fā)現(xiàn)“泛素介導的這種蛋白質(zhì)降解過程”獲諾貝爾化學獎。靶向蛋白降解正是基于這種機制開發(fā)的一種新技術(shù)，基于該技術(shù)開發(fā)出的藥物被稱為蛋白降解劑。

簡單來說，靶向激酶的蛋白降解劑，一端與特定的激酶結(jié)合，一端與一種E3連接酶結(jié)合。之后，E3連接酶通過泛素標記靶激酶，最后靶激酶被蛋白酶體系統(tǒng)降解。

Dana-Farber癌癥研究所的Eric Fischer博士稱，相比標準的靶向抑制療法，靶向蛋白降解有很多方面的優(yōu)勢。舉例來說，蛋白降解劑不需要像蛋白抑制劑一樣依賴于與靶蛋白活性位點的緊密結(jié)合，以PROTACs為代表的蛋白降解劑只需要與靶蛋白弱結(jié)合就可以特異性地“標記”它，從而使靶蛋白被降解（傳統(tǒng)的蛋白抑制劑需要與靶蛋白活性位點有很強的結(jié)合才能發(fā)揮作用，然而，據(jù)估計，人類細胞中80%的蛋白缺乏這樣的位點）。

不過，雖然靶向蛋白降解作為一種新型抗癌療法已經(jīng)顯示出很大的前景，但關于如何構(gòu)建最有效的降解劑以及哪些激酶對這些降解劑最敏感，還沒有很好的答案。

“靶向蛋白降解是一個新領域。我們希望通過創(chuàng)建一個全面的數(shù)據(jù)集，找出蛋白降解劑開發(fā)背后的一些規(guī)律，進而優(yōu)化這類新型藥物的開發(fā)?！盕ischer博士說。

為了創(chuàng)建這樣的數(shù)據(jù)集，F(xiàn)ischer博士及其同事搭建了一個大型降解劑庫，然后對一組表達近500種蛋白激酶的細胞系進行了處理，并使用質(zhì)譜分析來觀察哪些激酶被降解。最終，他們鑒定出了172種可降解的蛋白激酶，相比先前文獻中報道的57種，數(shù)量顯著增加。

表1 超過170個可降解的蛋白激酶

數(shù)據(jù)來源：Cell

表2 先前文獻中已報道的57個可降解的激酶

數(shù)據(jù)來源：Cell

此外，研究顯示，172個可被降解的激酶中，有136個可被至少2種獨立的化合物降解，其中，CDK4、 AURKA、FER、WEE1、BLK、LIMK2、CDK6、 GAK和LIMK1這9種激酶可被至少40種獨立的化合物降解，表明它們易于被誘導降解。

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最容易被誘導降解的蛋白激酶TOP20（來源：Cell）

Fischer博士說：“對于想要開發(fā)特定激酶蛋白降解劑的研究者來說，他們首先需要知道，該激酶能否被降解，其次，還需要知道，哪種類型的降解劑可能最有效。利用我們的數(shù)據(jù)庫，研究者們可以確定是否他們感興趣的激酶是可降解的，以及哪些分子能夠完成這一降解任務?！?

除了提供一個意義重大的數(shù)據(jù)庫，這項新研究還獲得了一些違背很多科學家直覺的發(fā)現(xiàn)。比如，一些科學家曾推測，最有效的降解劑可能是那些與激酶親和力最高的分子，也就是結(jié)合地最緊密的分子，然而，事實并非如此。Fischer博士與合作伙伴構(gòu)建的這一數(shù)據(jù)集顯示，最高的親和力并不能決定降解劑最有效，其它因素也很重要。

“我們相信這項工作不僅會促進新的激酶降解劑的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)，同時也將幫助我們加深對靶向蛋白降解這一新技術(shù)的理解?！盕ischer博士總結(jié)道。

參考資料：

1# New map provides scientists with head start on how to destroy cancer-related enzymes rather than just block them（來源：Dana-Farber Cancer Institute）

2# Katherine A. Donovan et al. Mapping the Degradable Kinome Provides a Resource for Expedited Degrader Development. Cell(2020).