基于分子动力学模拟合理设计基于VHL的KRASG12C PROTACs

蛋白质水解靶向嵌合体（ PROTACs ）作为诱导特定蛋白质降解的策略，在肿瘤、病毒、免疫相关疾病治疗方面取得显著进展。 PROTACs 由靶蛋白配体、 E3 泛素连接酶招募单元和连接两者的接头组成。 VHL 作为常用的 E3 泛素连接酶，可有效降解核、细胞质和膜相关蛋白，如 KRAS 、 BTK 和 BRD7 等，基于其开发的 PROTACs 研究备受关注 [1, 2] 。目前基于 VHL 的 PROTACs 研究主要使用连接到 VH032 乙酰胺基团的接头，聚焦于连接链的优化提升降解效果，针对基于不同连接位点的 VHL-PROTACs 合理设计的研究较少。同时， PROTAC 诱导蛋白质降解的关键在于三元复合物的形成，但缺乏有效的三元复合物建模技术，限制了计算机辅助药物发现工具在此领域的应用。

202 5 年 2 月 20 日， 来自国家应急防控药物工程技术研究中心和国家安全特需药品全国重点实验室的研究 团队合作在国际著名学术期刊《 Chinese Chemical Letters 》杂志 在线 发表了题为 “ Rational design of VHL-recruiting KRASG12C proteolysis-targeting chimeras based on molecular dynamics simulation ” 的研究 成果 。 该 工作针对 “不可成药”靶点 KRAS ^G12C ，创新发展基于分子动力学模拟方法，探究 VHL 不同的取代位置对 KRAS ^G12C : PROTAC: VHL 三元复合物稳定性的影响，为 KRAS ^G12C 降解剂开发及其他靶点研究提供了思路 。

研究人员基于前期开发的强效 KRAS ^G12C 降解剂 YN14 为基础 [3] ，进一步设计了 YN14-H 、 YN14-B 和 YN14-T 三种新降解剂，并对 KRAS ^G12C 、 VHL 和各降解剂进行蛋白 - 蛋白对接，将得到的三元复合物结构进行 500 ns 的无偏 MD 模拟。计算蛋白质的均方根偏差（ RMSD ）评估模拟系统的收敛性，结果显示所有系统在模拟 300 ns 后达到收敛。通过 MM/PBSA 等方法计算结合能（ ΔG ），发现 YN14-H -KRAS ^G12C -VHL 复合物的 ΔG 为 −158.12 kJ/mol ，相较于其他 降解剂， YN14-H 促进 KRAS ^G12C 和 VHL 形成更稳定的相互作用，诱导的三元复合物稳定性最强。进一步利用微尺度热泳（ MST ）、 AlphaScreen （ AS ）及细胞增殖， Western Blot （ WB ）等实验验证其诱导三元复合物形成的能力、对 KRAS ^G12C 的降解效果以及抗增殖作用。结果表明， YN14-H 诱导三元复合物形成的能力及降解 KRAS ^G12C 的效果最佳，抗增殖活性最高，在 KRAS ^G12C 突变的 NCI-H358 和 MIAPaCa-2 细胞中展现出低纳摩尔的半数抑制浓度（ IC ₅₀ ）和半数降解浓度（ DC ₅₀ ），最大降解率超 95% ，能显著诱导细胞凋亡和抑制细胞迁移，且对正常细胞无明显细胞毒性。体内药效及药代动力学（ PK ）实验表明， YN14-H 药代动力学性质优异，体内半衰期长，暴露量高，且 YN14-H 显著抑制 NCI-H358 肿瘤生长，每日腹腔注射 YN14-H 可有效抑制肿瘤生长， 10 mg/kg 剂量下 YN14-H 肿瘤生长抑制率达 88.68% ， 30 mg/kg 剂量时肿瘤明显消退，且治疗期间裸鼠无明显体重减轻和其他毒性迹象。为 了进一步验证该 MD 策略的合理性和通用性，研究人员利用之前报道的 BRD7 和 BTK 的降解剂，利用蛋白 - 蛋白对接构建复合物，通过无偏 MD 模拟构建三元复合物并计算 ΔG 。 结果表明，不同连接位点的 BRD7 ， BTK 降解剂诱导的三元复合物稳定性与已知生物活性一致。

综上所述，该研究 通过基于 MD 的策略优化 KRAS ^G12C PROTACs ，获得了高活性降解剂 YN14-H ， 有望成为治疗 KRAS ^G12C 突变肿瘤的候选药物。此外利用先前报道的连接在 VH032 不同位点的 BRD7 和 BTK 降解剂，验证了基于 MD 的策略的合理性和通用性，为后续设计更高活性的 KRAS ^G12C PROTACs 以及针对其他蛋白的 VHL-PROTACs 提供指导。

原文链接 ：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1001841725001792?via%3Dihub

参考文献

1. Wang C, Zhang Y, Wang J, Xing D. VHL-based PROTACs as potential therapeutic agents: Recent progress and perspectives. Eur J Med Chem. 2022;227:113906.

2. Diehl CJ, Ciulli A. Discovery of small molecule ligands for the von Hippel-Lindau (VHL) E3 ligase and their use as inhibitors and PROTAC degraders. Chem Soc Rev. 2022;51(19):8216-57.

3. Yang N, Fan Z, Sun S, Hu X, Mao Y, Jia C, et al. Discovery of highly potent and selective KRASG12C degraders by VHL-recruiting PROTACs for the treatment of tumors with KRASG12C-Mutation. Eur J Med Chem. 2023;261.

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