跨界了！David Liu最新Science，关于“分子胶”

研究不同蛋白质在健康和疾病中作用的科学家们会使用实验工具使蛋白质失活、破坏蛋白质或者阻止蛋白质在细胞中产生。其中一种方法是，用一种“毁灭我”的标签来标记目标蛋白，这种标签与被称为分子胶的小分子一起工作，促使细胞自身的蛋白质清除机制吞噬目标蛋白。然而，目前使用的许多标签都太大，无法标记编码细胞天然蛋白的基因，或者它们会造成附带伤害，导致目标蛋白以外的蛋白质的破坏。

3月15日，Broad研究所David Liu教授团队及合作伙伴在Science杂志发表最新论文，描述了使用一种称为PACE的连续进化平台来生成更小的蛋白质降解标签或降解决定子（degron），基于这些标签形成的分子胶复合物，能够精准地触发细胞自身蛋白的降解。

这项工作建立在不久前发表在Nature Chemistry杂志上的一项研究的基础上，该研究鉴定出了许多与沙利度胺相关的分子，沙利度胺是一种经典的分子胶，与cereblon （ CRBN是CRL4 E3泛素连接酶的一部分，作为底物受体识别底物蛋白，从而启动降解过程 ） 相互作用，触发蛋白降解。不过，沙利度胺会引发许多蛋白质的破坏。相比之下，一种名为PT-179的相关分子相对惰性，这使得它成为更精确的分子胶系统的一个很好的起点。

知识卡： 在细胞中，E3泛素连接酶可通过将一种叫做泛素的小蛋白贴在靶蛋白上将其标记为缺陷或受损蛋白。 之后，细胞内的蛋白粉碎机（即蛋白酶体）会处理掉被标记的靶蛋白。

在这项新研究中，科学家们使用了一种称为噬菌体辅助连续进化(phage-assisted continuous evolution, PACE , 于2011年由David Liu教授实验室开发 )的系统，以产生可能与PT-179一起工作的degron。PACE允许研究人员快速进化出具有有用功能的新蛋白质。在由论文共同第一作者Jaron Mercer和Stephan DeCarlo领导的实验中，研究小组从锌指基序（zinc finger motif）开始，这是一种已知的参与分子胶结合cereblon的蛋白质结构元件。通过PACE期间数百代的进化，研究者们进化出了新的锌指结构域，当与PT-179分子胶结合时，能够与cereblon相互作用。

然后，研究人员将锌指结构域减少到36个氨基酸，称为SD40。研究者们希望找到尽可能小的基序，这样就可以使用prime editing技术来有效地标记基因组中的内源性基因。

接下来，科学家们使用prime editing将SD40插入人类细胞的基因组，并标记两种不同的蛋白质。在加入PT-179几分钟后，靶蛋白开始从细胞中消失，且没有观察到对数千种非靶蛋白的影响。

由于人类细胞和小鼠细胞中降解蛋白质的细胞机制不同，研究小组还利用他们的方法进化出一种与小鼠细胞中发现的cereblon结合的degron（SD56），这在涉及人类疾病转基因小鼠模型的研究中可能很有用。

“我们已经证明，持续进化是一种强大的方法，可以快速进化分子胶系统，成为有用的研究工具。”David Liu教授说道。

据悉，研究团队已经在与癌症生物学和其他领域的科学家合作，利用它们进化的degron来标记有潜在治疗价值的蛋白质。

参考资料：

[1] https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk4422

[2] https://www.nature.com/articles/s41557-023-01379-8

[3] https://www.broadinstitute.org/news/scientists-generate-new-targeted-protein-degradation-system-tunes-cells-own-proteins