23636
当前位置: 首页   >  课题组新闻   >  蛋白降解新突破:课题组与清华陈晔光院士团队合作首次开发出靶向β-catenin的PROTAC多肽,有效抑制结肠癌
蛋白降解新突破:课题组与清华陈晔光院士团队合作首次开发出靶向β-catenin的PROTAC多肽,有效抑制结肠癌
发布时间:2020-09-27

近日,清华大学陈晔光教授团队和上海大学胡宏岗教授团队合作,首次报道了靶向降解β-catenin的PROTAC多肽xStAx-VHL,能够直接识别β-catenin蛋白并经由泛素化蛋白酶体途径促进其降解,不仅能在细胞层面抑制Wnt信号,而且在多种小鼠肿瘤模型中也能发挥很好的抑癌作用,更重要的是,对于结肠癌病人的肿瘤类器官也能发挥明显的抑癌效果。

      结肠癌(Colorectal cancer,CRC)在世界范围内是一种高发病率和高致死率的癌症,随着现代社会的生活压力越来越大,更多人饮食习惯偏重油盐煎炸食品,以及饮酒等行为,在可预见的将来,结肠癌的发病率可能会进一步增加。在环境因素和生活方式的表象之下,科学家们对于结肠癌发病分子机制的认识也更加深入,许多基因被发现在病人肠道肿瘤组织中发生了突变,例如APC、 TP53、 KRAS、BRAF、 PIK3CA、SMAD4和CTNNB1等,涉及RAS-MAPK、P53、PI3K、TGF-β和Wnt/β-catenin等信号通路。在众多信号通路之中,Wnt/β-catenin信号的过度激活对于结肠癌的发生发展是最重要的,超过80%的结肠癌患者肿瘤中出现了APC的失活突变或CTNNB1的激活突变,导致信使分子β-catenin蛋白在细胞中持续累积,最终导致Wnt/β-catenin信号过度激活和癌细胞的大量增殖。因此,通过抑制Wnt/β-catenin信号来达到抑癌作用成为一个受人瞩目的领域。

      Wnt/β-catenin信号通路的成员主要包括分泌于细胞外的Wnt配体、跨细胞膜的受体复合物和细胞内的降解复合体,以及信使分子β-catenin。一方面,过去针对Wnt/β-catenin信号通路的抑制剂作用靶点绝大多数集中在β-catenin的上游,不仅存在副作用,而且无法克服β-catenin的激活突变;另一方面,直接作用在β-catenin的抑制剂几乎都是化学小分子,由于β-catenin并无酶活性和小分子结合口袋,与其他蛋白的作用界面都很大,互作蛋白种类多且复杂,因此这类小分子抑制剂很难对β-catenin的功能进行彻底的抑制而多肽相比于小分子有结合面积大,特异性高等优点,过去有文献报道订书肽xStAx能够在细胞层面通过结合β-catenin抑制Wnt信号,但是,在生物体内xStAx难以发挥作用。提高针对Wnt/β-catenin信号的多肽类抑制剂的生物活性,从而在生物体内发挥抑癌能力,成为一个很有应用前景的研究方向。

      近日,清华大学陈晔光教授和上海大学胡宏岗教授作为共同通讯作者在 Cell Discovery 杂志发表了题为:A PROTAC peptide induces durable β-catenin degradation and suppresses Wnt-dependent intestinal cancer 的研究论文。在该论文中,研究者利用蛋白降解靶向嵌合体(PROTAC)技术,在多肽xStAx基础上,设计合成了新的嵌合体多肽抑制剂xStAx-VHL,这个嵌合体多肽能够直接识别β-catenin蛋白并经由泛素化蛋白酶体途径促进其降解,不仅能在细胞层面抑制Wnt信号,而且在多种小鼠肿瘤模型中也能发挥很好的抑癌作用,更重要的是,对于结肠癌病人的肿瘤类器官也能发挥明显的抑癌效果。

     由于PROTAC分子都是双功能分子,一端识别并结合靶标蛋白,另一端招募泛素连接酶促进靶蛋白的降解,研究者首先利用订书肽SAHPA1(Wnt信号激活肽)和xStAx(Wnt信号抑制肽)作为特异性识别β-catenin的部分,然后选择识别多肽ALAPYIP作为招募VHL泛素连接酶的配体,两者之间用氨基己酸连接,经过化学合成,得到两种PROTAC嵌合体多肽SAHPA1-VHL和xStAx-VHL。

     多种结肠癌细胞系的实验显示,只有xStAx-VHL表现出对β-catenin明显的降解能力。这说明嵌合体多肽xStAx-VHL明显提升了先导肽xStAx的β-catenin降解能力和Wnt信号抑制能力,而SAHPA1-VHL并未逆转SAHPA1对Wnt信号的激活作用。在裸鼠皮下成瘤的实验中,xStAx-VHL对结肠癌细胞的成瘤能力表现出明显的抑制作用。并且,在另外两种小鼠模型(APCmin/+小鼠和Axin2LacZ小鼠)中,研究者将xStAx-VHL注射到小鼠体内,肿瘤数量明显减少,并且证明了xStAx-VHL的抑癌能力是通过β-catenin的降解和Wnt信号的抑制得以发挥的。

      最后,在小鼠模型以外,研究者利用结肠癌患者的肿瘤组织培养出肿瘤类器官,再用多肽处理,发现绝大多数肿瘤类器官的生存受到多肽xStAx-VHL的明显抑制,这证明了PROTAC多肽xStAx-VHL潜在的临床应用价值。总的来说,这项研究第一次报道了靶向降解β-catenin的PROTAC多肽xStAx-VHL,该多肽不仅可以在细胞层面降解β-catenin和抑制Wnt信号,而且在生物体内也能发挥较好的抑癌作用。这个PROTAC多肽可以避免小分子抑制剂对β-catenin蛋白抑制能力不足的问题。当然,目前的PROTAC多肽xStAx-VHL仍然存在作用浓度偏高等问题。在未来的研究工作中,研究者将从各方面对xStAx-VHL进行优化,希望能进一步提高其生物活性。

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41421-020-0171-1