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PROTAC技术介导的突变型(Mutant)和野生型(WT)EGFR的降解

表皮生长因子受体(EGFR)作为受体酪氨酸激酶的重要一员,激活EGFR可以诱导下游PI3K-AKT-mTOR、RAS/RAF/MEK/ERK以及STAT等信号通路的活化,从而影响细胞的生长、增殖和分化。EGFR基因是非小细胞肺癌中最常见的驱动基因之一,因而成为临床治疗非小细胞肺癌的重要靶标,其中针对突变型(Mutant)EGFR发展的小分子抑制剂已有很多被FDA批准上市,用于治疗肺癌等疾病。Gefitinib作为第一代FDA批准药物,被用于治疗携带突变型EGFR的非小细胞肺癌,并在早期取得良好的疗效,但通常经过5-9个月的治疗之后,Gefitinib抗药性急剧增加逐渐失去疗效。此外,这些靶向突变型 EGFR的小分子药物对依赖于野生型(WT)EGFR的肺癌细胞无抑制作用。


近日,由西奈山伊坎医学院Jian Jin教授和北卡罗来纳大学教堂山分校Yue Xiong教授领导的两个研究团队联合在Journal of Medicinal Chemistry 杂志上在线发表研究论文,设计和发展了能够选择性降解突变型EGFR的降解剂MS9449和MS9427,并阐明了降解剂选择性降解突变型 EGFR而不影响野生型 EGFR的机理,进一步揭示了抑制PI3K信号可以实现对野生型 EGFR的降解,从而为抑制野生型EGFR过度表达的肺癌细胞提供了新途径。西奈山伊坎医学院的Jian Jin教授、北卡罗来纳大学教堂山分校Yue Xiong教授以及Jing Liu博士为本文的共同通讯作者,Jian Jin教授和Yue Xiong教授是生物医药公司CULLGEN的联合创始人,Jing Liu博士为CULLGEN公司药物化学副总裁。西奈山伊坎医学院余旭芬博士和北卡罗来纳大学教堂山分校在读博士成梦为本文的共同第一作者。


PROTAC是一项最近十年才兴起的很有应用前景的靶向蛋白降解技术,能将E3泛素连接酶招募到靶蛋白附近,形成三元复合物,诱导靶蛋白的泛素化,从而被蛋白酶体识别和降解。PROTAC可以突破对催化活性位点的依赖,从而可以克服肿瘤对小分子抑制剂产生的抗药性。该合作团队从Gefitinib出发,设计、合成、优化和发展了EGFR降解剂MS39 (2) 和MS154 (3),高效和高选择性地降低肺癌细胞中突变型EGFR水平而不影响野生型 EGFR水平,抑制肺癌细胞增殖,此工作2020年发表在Journal of Medicinal Chemistry。同其他研究团队发展的EGFR降解剂类似,MS39和MS154可以同时以高活性结合野生型和突变型 EGFR,却只选择性降解突变型 EGFR,而选择性降解的潜在机理尚未研究清楚。基于此,该团队进一步筛选出新型突变型 EGFR降解剂MS9449 (31)和MS9427 (72),并进一步阐明了EGFR降解剂虽能够同时结合突变型和野生型 EGFR,但只选择性地降解突变型EGFR的机制是由于突变型 EGFR能够有效地与降解剂和E3连接酶形成三元复合物(图1)。

图1. 突变型 EGFR有效形成突变型EGFR/PROTAC/E3 泛素连接酶三元复合物


另外,通过筛选EGFR下游信号通路抑制剂,发现PI3K抑制剂pictilisib可以促使野生型 EGFR的降解,进一步的免疫共沉淀实验研究表明,PI3K抑制剂pictilisib可以有效促进野生型 EGFR、降解剂和对应的E3连接酶形成三元复合物,从而实现对野生型 EGFR的降解。

图2. 抑制PI3K可以促进野生型 EGFR/PROTAC/E3 泛素连接酶三元复合物的形成


接下来,研究团队评估了EGFR新型降解剂MS9449 (31) 和MS9427 (72) 抑制高表达野生型 EGFR的肿瘤细胞 (OVCAR-8和H1299) 的生长能力,实验结果显示EGFR降解剂MS9449或MS9427单独给药不能有效抑制OVCAR-8和H1299细胞系的增殖,而结合PI3K抑制剂pictilisib则显著提高其抑制肿瘤增长的能力。另外,同EGFR PROTACs比较,联合EGFR小分子抑制剂gefitinib和PI3K抑制剂pictilisib则无此效果,进一步表明PI3K抑制剂Pictilisib促进MS9449或MS9427诱导的野生型 EGFR降解是实现抑制肿瘤细胞增殖的关键因素。

图3. 联合 PI3K抑制剂pictilisib和EGFR PROTAC可以显著抑制高表达野生型 EGFR的肿瘤细胞生长


综上所述,该团队通过PROTAC技术发展了多个高活性和高选择性的EGFR降解剂,可以有效抑制非小细胞肺癌细胞增殖。在此基础上,通过机理实验揭示了EGFR降解剂虽然可以同时结合野生型和突变型EGFR,却选择性降解突变型 EGFR的机理,并进一步发现抑制PI3K可以促进野生型 EGFR、PROTAC以及对应的E3泛素连接酶有效形成三元复合物,首次实现了对野生型 EGFR的降解。联合PI3K抑制剂picsitilib和EGFR降解剂可以显著抑制高表达野生型 EGFR肿瘤细胞的增殖,从而为治疗依赖于野生型 EGFR的肿瘤提供了潜在的策略。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Exploring Degradation of Mutant and Wild-Type Epidermal Growth Factor Receptors Induced by Proteolysis-Targeting Chimeras

Xufen Yu, Meng Cheng, Kaylene Lu, Yudao Shen, Yue Zhong, Jing Liu*, Yue Xiong*, and Jian Jin*

J. Med. Chem.2022, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.2c00345


导师介绍

Jian Jin

https://www.x-mol.com/university/faculty/311500 


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