Proteolysinriktad chimär
En proteolysinriktad chimär ( PROTAC ) är en heterobifunktionell molekyl som består av två aktiva domäner och en linker, som kan ta bort specifika oönskade proteiner. Istället för att fungera som en konventionell enzymhämmare fungerar en PROTAC genom att inducera selektiv intracellulär proteolys . PROTAC består av två kovalent kopplade proteinbindande molekyler: en som kan engagera ett E3 ubiquitinligas och en annan som binder till ett målprotein avsett för nedbrytning. Rekrytering av E3-ligas till målproteinet resulterar i ubiquitination och efterföljande nedbrytning av målproteinet via proteasomen . Eftersom PROTAC:er bara behöver binda sina mål med hög selektivitet (istället för att hämma målproteinets enzymatiska aktivitet), finns det för närvarande många ansträngningar att omforma tidigare ineffektiva inhibitormolekyler som PROTAC för nästa generations läkemedel.
, som ursprungligen beskrevs av Kathleen Sakamoto, Craig Crews och Ray Deshaies 2001, har tillämpats av ett antal läkemedelsupptäcktslaboratorier med användning av olika E3-ligaser, inklusive pVHL , CRBN , Mdm2 , beta-TrCP1 , DCAF15 , DCAF16, RNF114 , och RNF114 . c-IAP1 . Yale University licensierade PROTAC-tekniken till Arvinas 2013–14.
Under 2019 satte Arvinas två PROTAC i kliniska prövningar: ARV-110, en androgenreceptornedbrytare , och ARV-471, en östrogenreceptornedbrytare .
Handlingsmekanism
PROTAC:er uppnår nedbrytning genom att "kapa" cellens ubiquitin-proteasomsystem (UPS) genom att sammanföra målproteinet och ett E3-ligas.
Först aktiverar och konjugerar E1-ligaset ubiquitinet till E2-ligaset. E2-ligaset bildar sedan ett komplex med E3-ligaset. E3-ligaset riktar sig mot proteiner och binder kovalent ubiquitinet till proteinet av intresse. Så småningom, efter att en ubiquitinkedja har bildats, känns proteinet igen och bryts ned av 26S-proteasomen . PROTAC:er drar fördel av detta cellulära system genom att placera proteinet av intresse i närheten av E3-ligaset för att katalysera nedbrytning.
Till skillnad från traditionella hämmare har PROTAC:er en katalytisk mekanism , där själva PROTAC:en återvinns efter att målproteinet bryts ned.
Design och utveckling
Den proteininriktade stridsspetsen, E3-ligas och linker måste alla beaktas för PROTAC-utveckling. Bildning av ett ternärt komplex mellan proteinet av intresse, PROTAC, och E3-ligas kan utvärderas för att karakterisera PROTAC-aktivitet eftersom det ofta leder till ubiquitination och efterföljande nedbrytning av målproteinet. En krokeffekt observeras vanligtvis med höga koncentrationer av PROTAC på grund av nedbrytarens bifunktionella natur.
För närvarande har pVHL och CRBN använts i prekliniska prövningar som E3-ligaser. Men det återstår fortfarande hundratals E3-ligaser att utforska, med några som ger möjlighet till cellspecificitet.
Fördelar
Jämfört med traditionella hämmare uppvisar PROTAC:er flera fördelar som gör dem till önskvärda läkemedelskandidater. På grund av sin katalytiska mekanism kan PROTAC administreras i lägre doser jämfört med deras inhibitoranaloger. Vissa PROTAC har visat sig vara mer selektiva än deras inhibitoranaloger, vilket minskar effekterna utanför målet. PROTAC:er har förmågan att rikta in sig mot tidigare ohärdiga proteiner, eftersom de inte behöver rikta in sig på katalytiska fickor. Detta hjälper också till att förhindra mutationsdriven läkemedelsresistens som ofta hittas med enzymatiska hämmare.