分享一篇发表在 Advanced Science 上的文章，题目是“Multivalent Aptamer-Based Lysosome-Targeting Chimeras (LYTACs) Platform for Mono- or Dual-Targeted Proteins Degradation on Cell Surface”。
蛋白质从根本上承担了生物系统中生命活动的几乎所有方面，它们的失调经常与各种疾病的发病机制有关，如恶性肿瘤和神经退行性疾病。传统的治疗策略依赖于小分子抑制剂或抗体来阻断特定蛋白靶点的功能。但这些策略仍存在一些缺陷，如对突变的抗性和无法靶向不可药物的蛋白质。在过去的二十年里，靶向蛋白质降解技术的出现，例如靶向蛋白质水解嵌合体(PROTACs)，已经彻底改变了我们治疗相关蛋白质的方法。这些降解物通常利用蛋白酶体介导的降解途径催化并持续消除感兴趣的蛋白质(poi)。然而，它们对蛋白酶体机制的依赖性限制了它们对细胞质配体结构域的适用性，从而阻碍了构成大多数现有药物靶点的细胞外和/或细胞膜蛋白的降解。为了克服这一挑战，研究人员一直在探索基于不同作用机制的替代降解系统。其中一个范例是Bertozzi小组报道的溶酶体靶向嵌合体(LYTACs)。在机制上，lytac由一个poi靶向抗体和一个由细胞表面溶酶体穿梭受体(如阳离子非依赖性甘露糖-6-磷酸受体(CI-M6PR)或asialal糖蛋白受体)识别的配体片段组成，使poi能够运输到溶酶体中进行降解。作为PROTACs的补充，lytac是专门为分泌蛋白和膜相关蛋白设计的，从而扩大了可降解细胞靶标的范围。近年来，许多研究证明了利用单链寡核苷酸适体构建类似lytac的蛋白质降解系统的可行性。适配体对其靶标具有高特异性，并且与抗体相比具有几个优势，包括体积更小、合成成本更低和精确的化学修饰。这些优点使得基于适体的LYTACs(称为AptLYTACs)在临床应用中成为一种很有前途的蛋白质降解工具。不同于抗体的多价性质(例如，二价IgG)，适体通常是单价的。虽然在适体中引入双价/多价以增强其特异性和亲和力已被广泛应用于生物传感和生物成像领域，但由于先前报道的AptLYTACs在每个构建体中仅含有一个适体结合物，因此适体结合物的价与AptLYTACs的疗效之间的关系仍未被探索。此外，AptLYTACs同时降解多个蛋白靶标的潜力目前尚未被发现。在这项研究中，我们报告了一个模块化的多价AptLYTACs平台，以探索适体价与蛋白质降解效率之间的关系(图1A)。该平台是基于生物素和链亲和素(SA)之间的控制组装构建的，其中SA以预定的摩尔比用适配体修饰，生物素被引入到靶向细胞表面ci - m6pr的聚甘露糖-6-磷酸(bpM6P)聚合物中。
图1
作者首先根据图1B所示的合成路线合成了生物素化聚合物CI-M6PR配体(称为bpM6P)，之后将异硫氰酸荧光素标记的链亲和素(FITCSA)蛋白与bpM6P组装，将其用于Jurkat细胞1小时，证明了所制备的聚合物能被ci - m6pr识别并介导细胞内化（图2A-2D）。首先利用蛋白酪氨酸激酶7 (PTK7)靶向适配体Sgc8，通过改变反应体系中SA:Sgc8的摩尔比，生成单价和不同的多价适配体-SA偶联物。用变性凝胶电泳对纯化后的适配体- sa偶联物进行表征。western blot结果显示，AptLYTAC诱导Jurkat细胞中PTK7蛋白水平大幅降低，而Sgc8-SA、bpM6P单独或AptLYTAC与打乱核酸序列(bpM6P- ns - sa)的PTK7降解作用可以忽略不计(图2G)。这些结果验证了aptlytac用于靶向PTK7降解的设计原理。图2
接下来，作者评估了bpM6P-Sgc8SA (SA:Sgc8 = 1:3) AptLYTACs处理Jurkat和SUM159细胞后PTK7在一段时间内的降解动力学。我们的研究结果表明，PTK7降解在aptlytacs孵育后15分钟显著开始，并在4小时达到峰值（图3）。图3
为了将该方法扩展到其他具有重要治疗意义的膜相关蛋白，作者扩展了针对肝细胞生长因子受体(Met)的三价AptLYTACs的研究，Met是肿瘤生长和转移的关键参与者。SL1(一种靶向met的适配体)和bpM6P-SL1-SA的成功合成和稳定性得到了证实。仔细表征了它们与细胞的结合亲和力(图4A-C)。与PTK7降解一样，在使用AptLYTACs治疗后，在MDA-MB-231癌细胞中观察到Met的表达水平急剧降低。图4
考虑到多因子疾病的复杂性，能够同时靶向不同蛋白质的单分子多靶点降解物的概念有望克服药物-药物相互作用，从而减少副作用并提高治疗效果。在使用多价aptlytac成功靶向蛋白质降解的基础上，作者寻求开发双特异性降解剂，能够同时降解两种不同的蛋白质靶标，以引发类似于双PROTACs的协同效应。为了验证这一概念，作者设计并合成了多靶点AptLYTACs来同时诱导PTK7和Met的降解。通过将Sgc8和SL1适配体与SA以不同的比例(SA:适配体=1:3,Sgc8:SL1=1:1, 1:2和2:1)结合，对成功合成的多靶点AptLYTACs进行了仔细的表征（图5）。研究结果显示，2:1的Sgc8:SL1可以最大限度地降解两种目标蛋白。作者的数据共同表明，双特异性多价AptLYTACs为双靶标降解提供了一个有希望的平台，具有高效力和选择性。总结：在本研究中，建立了基于多价适配体的LYTACs (AptLYTACs)的化学工程平台，用于靶向降解单一或双重蛋白靶标。利用生物素-链亲和素系统作为分子支架，本研究揭示了三价单靶向aptlytac在降解膜蛋白方面表现出最佳的效率。这种多价AptLYTACs平台的开发为单/双靶标降解提供了概念原理，扩大了靶向蛋白降解的可能性。本文作者：MLF
责任编辑：TZM
DOI：10.1002/advs.202308924
原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202308924
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