蛋白降解疗法：CELMoD药物的发展前景 | 水木视界iss.34

Cereblon（CRBN）是一种泛素连接酶E3底物受体，是沙利度胺、泊马度安、来那度胺等药物免疫调节剂的作用靶点，是蛋白降解研究领域的明星分子。已有的晶体学研究确定了CRBN的沙利度胺结合域（TBD）内的药物结合位点，但药物诱导底物结合的变构反应仍不清楚。近日，美国Scripps研究所Gabriel C. Lander团队发现了分子胶水CELMoD化合物是cereblon构象的调节剂，揭示了药物诱导的变构反应的机制，相关工作发表在2022年11月4日出版的《科学》上。

在该项工作中，冷冻电镜结构解析技术是破解CELMoD作用机制的关键。近年来，水木未来的多个蛋白降解相关项目，克服从复合物样品制备、数据分析等多种难题，完成了相关项目的高质量结构解析。

"Protein-Degradation CELMoD Drug Prospects Aided by New Study Findings"

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CELMoDs能够以一种新的方式攻击癌症，通过与cereblon调节蛋白结合，然后触发关键的癌症驱动蛋白降解。近日，Scripps研究所的一个团队发现，这些药物为了发挥作用，在与cereblon蛋白结合时需要引起它的一个关键形状变化。他们的发现将帮助研究人员可靠地设计有效的CELMoD。

"有很多研究小组花了相当长的时间制造与cereblon结合得非常紧密的药物，但随后又十分困惑，认为这些药物未能发挥作用。"研究的高级作者，Lander lab综合结构和计算生物学系教授Lander博士说。

Lander与他实验室的博士后研究员Randy Watson博士及其同事一起，在Science杂志上发表了他们的发现，论文题为 “Molecular glue CELMoD compounds are regulators of cereblon conformation,” 他们在文章中得出结论："我们的结果为CELMoD复合物的治疗效果提供了机制上的见解，这类分子是分子胶的典型，是靶向蛋白降解领域的核心角色"。

"Cereblon（CRBN）作为细胞中一个重要蛋白质处理系统的一部分来发挥作用。这个系统用泛素分子有效地标记靶点蛋白质，使其被蛋白酶体的游动蛋白质分解复合体破坏。"作者解释说："真核生物的蛋白质是通过泛素分子与特定残基（主要是赖氨酸侧链）的共价连接来实现降解的。"

泛素-蛋白酶体系统不仅用于破坏异常或受损的蛋白质，而且还帮助调节一些正常蛋白质的水平。Cereblon是泛素-蛋白酶体系统使用的数百种 "适配器 "之一，用于指导泛素标记过程中的一系列特定靶点蛋白。

科学家们现在认识到，一些癌症药物，包括骨髓瘤药物来那度胺，是通过与 cereblon结合而发挥作用的。它们迫使促进细胞分裂的关键蛋白泛素化，随后降解它们，传统药物很难靶向这些关键蛋白。受到这种认识的启发，科学家们正在努力开发cereblon结合药物CELMoD，也被称为蛋白质降解药物，它将对骨髓瘤和其他癌症产生更好的效果。"该团队继续说："作为多发性骨髓瘤和其他血液学恶性肿瘤的一线疗法，CELMoD的来那度胺制剂（Revlimid）已经投入使用十多年了，而下一代CELMoD复合物在临床试验中明显提高了病人的预后。"

长期困扰着该领域的一个问题是，虽然这些药物中的一些与cereblon紧密结合，但它们未能使蛋白质靶点充分降解。弄清楚为什么会发生这种情况一直很困难。科学家们希望使用高分辨率的成像方法来绘制cereblon的原子结构图，并研究其与CELMoDs结合时的动态变化。但是cereblon是一种相对脆弱的蛋白质，用这种成像方法很难捕捉到。"科学家们指出："先前的晶体学研究确定了CRBN的沙利度胺结合域（TBD）内的药物结合位点，但药物诱导的新基质结合的异构性仍然不清楚。

在新发表的研究中，Watson花了一年多的时间设计了一个稳定cereblon与泛素系统伙伴蛋白的配方，以便用冷冻电镜对其成像。通过这种方式，他最终能够在近原子尺度上解决cereblon的结构。Watson还对有CELMoD复合物和靶点蛋白的cereblon-伙伴复合物进行了成像。"我们对DNA损伤结合蛋白1 DDB1与CRBN apo复合物进行了冷冻电镜结构分析，并将这些结构与单独存在的CELMoD复合物和与新底物复合物的DDB1-CRBN进行了比较。

结构数据显示，CELMoDs必须以一种改变其形状或构象的方式与Cereblon结合。研究人员确定，Cereblon有一个默认的 "开放 "构象，但必须切换到一个特定的 "封闭 "构象，以便对目标蛋白进行泛素标记。"CELMoD化合物与TBD的结合对于触发CRBN从开放构象到典型的封闭构象的异位重排是必要的和充分的"。

这一发现的主要意义在于，它使得开发CELMoDs的药物公司能够更好地认识到如何优化他们的候选药物。Watson说："许多公司一直在开发与cereblon结合的降解药物，他们知道这些药物是更好的降解剂，却不清楚背后的原因：这些药物能更好地驱动这种封闭构象，现在，公司可以对药物的这一关键特性进行测试。"

据研究人员评论，这些结果 "突出了以前未被重视的异构效应，以便其他科研人员能够在设计CRBN导向的分子胶治疗剂时加以考虑。通过描述CRBN-DDB1系统固有的构象重排，并显示三种不同的降解剂分子如何影响异构作用和新基质结合能力，揭示了CRBN内移动药物结合TBD的构象控制如何隐秘地推动了新基质靶向药物的成功治疗。"

Watson用于稳定cereblon以准备冷冻电镜成像的突破性方法现在被该领域的研究人员广泛采用。Lander说，他的实验室现在希望能促进蛋白质降解药物的开发，这些药物通过与除cereblon之外的其他泛素-蛋白酶体适应蛋白结合而发挥作用。他指出，蛋白降解药物策略的最大吸引力在于它可以用来打击几乎所有与疾病有关的蛋白质，包括传统药物无法靶向的一大类蛋白质。

水木未来丨视界 iss. 34 Credit @GEN News

"Protein-Degradation CELMoD Drug Prospects Aided by New Study Findings"