開發(fā)出溶酶體靶向嵌合體，降解不想要的細(xì)胞表面蛋白和胞外蛋白
當(dāng)科學(xué)家們?cè)诩?xì)胞上發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)蛋白時(shí)，他們可能會(huì)想象將自己縮小成為小小的外科醫(yī)生，只切除有問題的蛋白分子，而將細(xì)胞的健康細(xì)胞完整地保留下來。在一項(xiàng)新的研究中，來自美國斯坦福大學(xué)的研究人員指出，雖然靈巧的雙手和鋒利的器械永遠(yuǎn)無法從細(xì)胞表面上切除單個(gè)蛋白，但是一種新的分子工具可以讓細(xì)胞外科手術(shù)變得更容易。
這些作者開發(fā)出一類新的分子，它們可以將不需要的蛋白從細(xì)胞表面或周圍環(huán)境中穿梭到溶酶體中，其中溶酶體是專門用于蛋白降解的細(xì)胞區(qū)室。這些分子稱為溶酶體靶向嵌合體（lysosome targeting chimera, LYTAC），它們的工作機(jī)理是選擇性地用標(biāo)簽標(biāo)記蛋白，這個(gè)標(biāo)簽決定了蛋白的命運(yùn)，使之作為細(xì)胞垃圾進(jìn)行降解。這種選擇性降解可以幫助科學(xué)家們研究和治療癌癥和阿爾茨海默病等疾病，這些疾病的病因與表面蛋白有關(guān)。
蛋白對(duì)許多生物過程至關(guān)重要，比如代謝和細(xì)胞間交流，但有些蛋白也會(huì)幫助癌癥等疾病擴(kuò)散，逃避免疫調(diào)節(jié)。當(dāng)?shù)鞍装l(fā)揮作用時(shí)，其他細(xì)胞成分可以停靠到它的活性位點(diǎn)。阻礙這些不好蛋白的傳統(tǒng)方法涉及使用阻斷蛋白活性位點(diǎn)的藥物，這通常是通過移動(dòng)原子來實(shí)現(xiàn)的。但這種阻斷策略并不完美，有時(shí)結(jié)合口袋太淺，抑制劑被太快彈出。在其他時(shí)候，蛋白的活性來自于它的物理特性，比如它的剛性，而不是來自于任何活性位點(diǎn)，所以阻斷整個(gè)蛋白的一小部分是不夠的。在這些情況下，將蛋白從細(xì)胞中排出是唯一的選擇。
自從20年前人們開發(fā)出蛋白水解靶向嵌合體（proteolysis targeting chimera, PROTAC）以來，蛋白降解作為一種治療策略特別受歡迎。PROTAC尋找并標(biāo)記細(xì)胞內(nèi)蛋白使之隨后遭受降解，在研究實(shí)驗(yàn)室和早期的臨床研究中取得了成功，但它們依靠的是一種降解途徑，而這種途徑對(duì)大約40%位于細(xì)胞膜上或細(xì)胞膜外的蛋白來說是不可觸及的。Bertozzi和Banik并沒有接受某些蛋白--以及疾病--是遙不可及的說法。
Bertozzi說，“我的實(shí)驗(yàn)室一直對(duì)細(xì)胞表面上發(fā)生的事情感興趣，這其中就包括對(duì)免疫調(diào)節(jié)很重要的蛋白。我們已鑒定出許多我們認(rèn)為在癌癥中發(fā)揮致病作用的細(xì)胞表面蛋白和分泌蛋白，LYTAC可以幫助我們更好地理解它們，并探索將它們作為藥物靶點(diǎn)?！?/span>
讓這種工具發(fā)揮作用的關(guān)鍵在于它的雙功能設(shè)計(jì)。LYTAC分子的一側(cè)可以定制，與任何感興趣的蛋白結(jié)合。它的另一側(cè)是一個(gè)短的氨基酸序列，或者說是肽，上面鑲嵌著一種叫做甘露糖-6-磷酸（mannose-6-phosphate）的糖。
這種糖作為細(xì)胞的記賬標(biāo)簽。當(dāng)細(xì)胞含有送到溶酶體中進(jìn)行降解的蛋白時(shí)，它就會(huì)添加上這種糖，以確保它們到達(dá)目的地。Banik說，“甘露糖-6-磷酸的作用就像一個(gè)郵政編碼。這種糖告訴細(xì)胞，‘我要把這種蛋白帶到溶酶體。請(qǐng)把我送到那里去?！奔?xì)胞表面有受體與這種糖相互作用，當(dāng)它們抓住LYTAC分子并把它拉進(jìn)細(xì)胞時(shí)，被標(biāo)記的蛋白也會(huì)跟著它一起被拖進(jìn)來。
在將這種標(biāo)簽附著在蛋白上的過程中，LYTAC劫持了一種天然的細(xì)胞穿梭機(jī)制，該機(jī)制旨在護(hù)送新合成的溶酶體蛋白到它們的新家。但是，溶酶體蛋白足夠堅(jiān)韌，可以在溶酶體中遇到的降解酶存在下存活下來，而大多數(shù)蛋白卻不能做到這一點(diǎn)，因此那些被LYTAC方法標(biāo)記的蛋白通常會(huì)被破壞。
這些研究人員證實(shí)在細(xì)胞中，他們可以靶向并降解在阿爾茨海默病和癌癥中起著重要作用的蛋白。根據(jù)他們的說法，LYTAC的蛋白拴系端可以是任何與蛋白結(jié)合的東西，比如抗體或現(xiàn)有的藥物，所以在未來，許多其他蛋白和疾病都可以被攻擊。
Bertozzi說，“有了蛋白降解策略，你不僅可以擴(kuò)大藥物可靶向（druggable）的靶細(xì)胞數(shù)量，還可以改進(jìn)已有的療法。每個(gè)細(xì)胞都有溶酶體。每個(gè)細(xì)胞都已經(jīng)有了降解蛋白的方法。無論你的靶標(biāo)是什么，如果你能讓LYTAC到達(dá)那里，你就能降解它
這些作者開發(fā)出一類新的分子，它們可以將不需要的蛋白從細(xì)胞表面或周圍環(huán)境中穿梭到溶酶體中，其中溶酶體是專門用于蛋白降解的細(xì)胞區(qū)室。這些分子稱為溶酶體靶向嵌合體（lysosome targeting chimera, LYTAC），它們的工作機(jī)理是選擇性地用標(biāo)簽標(biāo)記蛋白，這個(gè)標(biāo)簽決定了蛋白的命運(yùn)，使之作為細(xì)胞垃圾進(jìn)行降解。這種選擇性降解可以幫助科學(xué)家們研究和治療癌癥和阿爾茨海默病等疾病，這些疾病的病因與表面蛋白有關(guān)。
溶酶體靶向嵌合體（LYTAC）的作用機(jī)制。?LYTAC分子由一個(gè)寡糖肽基團(tuán)（與細(xì)胞表面受體CI-M6PR結(jié)合）和一個(gè)與特定跨膜蛋白或細(xì)胞外蛋白結(jié)合的抗體組成。該抗體也可以由一個(gè)小的蛋白結(jié)合分子（未顯示）代替。在同時(shí)與CI-M6PR和靶蛋白結(jié)合時(shí)，所產(chǎn)生的復(fù)合物被細(xì)胞膜吞噬，形成運(yùn)輸囊泡。這將這種復(fù)合物帶到溶酶體（一種含有蛋白降解酶的細(xì)胞器）。靶蛋白被降解，受體CI-M6PR被循環(huán)利用；LYTAC分子本身是否也被降解還有待觀察。LYTAC在治療方面有潛在的應(yīng)用價(jià)值。圖
蛋白對(duì)許多生物過程至關(guān)重要，比如代謝和細(xì)胞間交流，但有些蛋白也會(huì)幫助癌癥等疾病擴(kuò)散，逃避免疫調(diào)節(jié)。當(dāng)?shù)鞍装l(fā)揮作用時(shí)，其他細(xì)胞成分可以停靠到它的活性位點(diǎn)。阻礙這些不好蛋白的傳統(tǒng)方法涉及使用阻斷蛋白活性位點(diǎn)的藥物，這通常是通過移動(dòng)原子來實(shí)現(xiàn)的。但這種阻斷策略并不完美，有時(shí)結(jié)合口袋太淺，抑制劑被太快彈出。在其他時(shí)候，蛋白的活性來自于它的物理特性，比如它的剛性，而不是來自于任何活性位點(diǎn)，所以阻斷整個(gè)蛋白的一小部分是不夠的。在這些情況下，將蛋白從細(xì)胞中排出是唯一的選擇。
自從20年前人們開發(fā)出蛋白水解靶向嵌合體（proteolysis targeting chimera, PROTAC）以來，蛋白降解作為一種治療策略特別受歡迎。PROTAC尋找并標(biāo)記細(xì)胞內(nèi)蛋白使之隨后遭受降解，在研究實(shí)驗(yàn)室和早期的臨床研究中取得了成功，但它們依靠的是一種降解途徑，而這種途徑對(duì)大約40%位于細(xì)胞膜上或細(xì)胞膜外的蛋白來說是不可觸及的。Bertozzi和Banik并沒有接受某些蛋白--以及疾病--是遙不可及的說法。
Bertozzi說，“我的實(shí)驗(yàn)室一直對(duì)細(xì)胞表面上發(fā)生的事情感興趣，這其中就包括對(duì)免疫調(diào)節(jié)很重要的蛋白。我們已鑒定出許多我們認(rèn)為在癌癥中發(fā)揮致病作用的細(xì)胞表面蛋白和分泌蛋白，LYTAC可以幫助我們更好地理解它們，并探索將它們作為藥物靶點(diǎn)?！?/span>
讓這種工具發(fā)揮作用的關(guān)鍵在于它的雙功能設(shè)計(jì)。LYTAC分子的一側(cè)可以定制，與任何感興趣的蛋白結(jié)合。它的另一側(cè)是一個(gè)短的氨基酸序列，或者說是肽，上面鑲嵌著一種叫做甘露糖-6-磷酸（mannose-6-phosphate）的糖。
這種糖作為細(xì)胞的記賬標(biāo)簽。當(dāng)細(xì)胞含有送到溶酶體中進(jìn)行降解的蛋白時(shí)，它就會(huì)添加上這種糖，以確保它們到達(dá)目的地。Banik說，“甘露糖-6-磷酸的作用就像一個(gè)郵政編碼。這種糖告訴細(xì)胞，‘我要把這種蛋白帶到溶酶體。請(qǐng)把我送到那里去?！奔?xì)胞表面有受體與這種糖相互作用，當(dāng)它們抓住LYTAC分子并把它拉進(jìn)細(xì)胞時(shí)，被標(biāo)記的蛋白也會(huì)跟著它一起被拖進(jìn)來。
在將這種標(biāo)簽附著在蛋白上的過程中，LYTAC劫持了一種天然的細(xì)胞穿梭機(jī)制，該機(jī)制旨在護(hù)送新合成的溶酶體蛋白到它們的新家。但是，溶酶體蛋白足夠堅(jiān)韌，可以在溶酶體中遇到的降解酶存在下存活下來，而大多數(shù)蛋白卻不能做到這一點(diǎn)，因此那些被LYTAC方法標(biāo)記的蛋白通常會(huì)被破壞。
這些研究人員證實(shí)在細(xì)胞中，他們可以靶向并降解在阿爾茨海默病和癌癥中起著重要作用的蛋白。根據(jù)他們的說法，LYTAC的蛋白拴系端可以是任何與蛋白結(jié)合的東西，比如抗體或現(xiàn)有的藥物，所以在未來，許多其他蛋白和疾病都可以被攻擊。
Bertozzi說，“有了蛋白降解策略，你不僅可以擴(kuò)大藥物可靶向（druggable）的靶細(xì)胞數(shù)量，還可以改進(jìn)已有的療法。每個(gè)細(xì)胞都有溶酶體。每個(gè)細(xì)胞都已經(jīng)有了降解蛋白的方法。無論你的靶標(biāo)是什么，如果你能讓LYTAC到達(dá)那里，你就能降解它
