SCI ADV | 胡振一组与合作者利用PhosTAC实现激酶靶点的双重抑制

　　

双功能分子药物是新一代的药物开发热点，是一种全新的药物模式-事件驱动模式，通过同时招募目标蛋白和相应的酶（或功能蛋白），诱导相应的生物学事件产生（如目标蛋白降解，去磷酸化等），起到类似催化剂的作用。这其中，PROTAC是双功能小分子抑制剂的代表，PROTAC于2001年由耶鲁大学的Craig Crews教授首先提出并逐渐完善。目前已有超过30种PROTAC处于临床研究之中。PROTAC已经被证明具有巨大的临床价值，是药物开发的新一代热点。然而PROTAC也有一些不足，仅能去除蛋白或減少某個蛋白功能，比如其可以将蛋白整个降解，抑制蛋白骨架相关功能，却无法微调或增加蛋白功能。

 蛋白的磷酸化修饰是一个可逆的动态过程，磷酸基团的添加和去除分别由蛋白激酶和磷酸酶催化。蛋白磷酸化是蛋白功能调节和信号传导的最基本、最重要的手段之一，几乎涉及所有的生理和病理过程，蛋白磷酸化的精准调控具有应对多种疾病的重大治疗潜力。

鉴于磷酸化调控的巨大潜力和双功能分子的特殊机制，在前期工作中，胡振一、Po-Han Chen与Craig Crews教授合作开发了PhosTAC技术， PhosTAC延续PROTAC开创的双功能分子技术，具有高效、精准调节蛋白功能等优点。前期工作中科研人员提出并验证了利用PhosTAC实现靶向蛋白去磷酸的概念，其后使用PhosTAC实现了PDCD4、FOXO3、Tau等蛋白的去磷酸化，展现了PhosTAC高效精准调节蛋白的特点，揭示了PhosTAC在癌症、神经退行性疾病的治疗中的重大的潜力(1, 2)。

近日，来自中国科学院生物与化学交叉研究中心的胡振一组、台湾成功大学的Po-Han Chen 组和耶鲁大学的Craig Crews组合作在Science Advances 上报道了EGFR Targeting PhosTACs as a Dual Inhibitory Approach Reveals Differential Downstream Signaling(3)。该研究基于激酶抑制剂构建了靶向EGFR的PhosTAC，可以在抑制激酶活性中心的同时主动招募磷酸酶来去除EGFR上的磷酸，从而实现EGFR的双重抑制。该PhosTAC相比传统的激酶抑制剂，对下游信号展示出了不同的抑制偏向，展示出了特殊的靶点选择性，此外该系列PhosTAC也对癌症细胞展示出了增殖抑制作用。

图1. EGFR PhosTAC的作用机理

为了区分激酶抑制剂和磷酸酶带来的去磷酸化，研究人员首先基于吉非替尼（EGFR第一代抑制剂）和FKBP12融合蛋白构建了可以招募FKBP12-PTPN2（一种酪氨酸磷酸酶）的GePhos1小分子，以及无法招募FKBP12-PTPN2的对照组小分子-iGePhos1（图2A）。并且通过PhosTAC、EGFR和PTPN2的共培育，首次展示了PhosTAC可以高效催化剂的形式，实现靶点蛋白的去磷酸化（图2B）。

 

图2. EGFR的构建和体内体外活性测试结果

其后研究人员展示了GePhos1可以高效快速的实现EGFR的去磷酸化，并且对于下游的多种蛋白磷酸化都产生了显著的抑制作用。相对而言，iGePhos1仅在高浓度才具有一定的抑制作用。以上结果证明PhosTAC可以主动的利用磷酸酶实现激酶的双重抑制（图2C）。

通过与耶鲁大学的Yansheng Liu 组合作，以磷酸蛋白质组学的方式验证了PhosTAC同时展示了相对于传统的激酶抑制剂-吉非替尼不同的抑制作用，比如GePhos1对于EIF4BP1有更好的抑制作用，而对于RIPK2（吉非替尼的脱靶靶点）则抑制作用较弱。这些不同的抑制偏向，展示了PhosTAC的独特选择性和针对疾病治疗的潜力（图2D）。其后研究者还构建了可以靶向T790M/L858R突变得EGFR的PhosTAC，并展示了PhosTAC在抑制EGFR突变癌症细胞增殖的效果。

总之，基于激酶抑制剂及磷酸酶建构的PhosTAC概念，有效的抑制蛋白磷酸化及癌症细胞的增殖，也将扩展传统激酶抑制剂的应用广度及价值，为过去选择性不高或临床效果不好的激酶抑制剂能透过PhosTAC找出新的活用方式。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj7251

 

1. P. H. Chen, Z. Hu, E. An, I. Okeke, S. Zheng, X. Luo, A. Gong, S. Jaime-Figueroa, C. M. Crews, Modulation of Phosphoprotein Activity by Phosphorylation Targeting Chimeras (PhosTACs). ACS Chem Biol 16, 2808-2815 (2021).

2. Z. Hu, P. H. Chen, W. Li, T. Douglas, J. Hines, Y. Liu, C. M. Crews, Targeted Dephosphorylation of Tau by Phosphorylation Targeting Chimeras (PhosTACs) as a Therapeutic Modality. J Am Chem Soc,  (2023).

3. Z. Hu, P. H. Chen, W. Li, M. Krone, S. Zheng, J. Saarbach, I. U. Velasco, J. Hines, Y. Liu, C. M. Crews, EGFR targeting PhosTACs as a dual inhibitory approach reveals differential downstream signaling. Sci Adv 10, eadj7251 (2024).