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Method Article
Este trabalho descreve a síntese e caracterização de um Homo-PROTAC bifuncional, com base em pomalidomida, como uma nova abordagem para induzir a ubiquitinação e a degradação do E3 ubiquitina ligase Cereblon (CRBN), alvo de análogos da talidomida.
Os fármacos imunomoduladores (IMiDs) talidomida e seus análogos, lenalidomida e pomalidomida, todos os fármacos aprovados pela FDA para o tratamento do mieloma múltiplo, induzem a ubiquitinação e degradação dos fatores de transcrição linfoide Ikaros (IKZF1) e Aiolos (IKZF3) através da ligase da ubiquitina do Cereblon (crbn) E3 para a degradação degradação. Imids têm sido utilizados recentemente para a geração de proteólise bifuncional visando quimeras (protacs) para direcionar outras proteínas para a ubiquitinação e degradação degradação pela ligase da crbn E3. Foram projetados e sintetizados os PROTACs homobifuncionais à base de pomalidomida e analisados sua capacidade de induzir a ubiquitinação e degradação autodirigida de CRBN. Aqui, o CRBN serve como ambos, a ligase da ubiquitina E3 e o alvo ao mesmo tempo. O composto de Homo-PROTAC 8 degrada o crbn com uma potência elevada com somente efeitos permanecendo mínimos em IKZF1 e em IKZF3. A inactivação de crbn pelo composto 8 não teve nenhum efeito na viabilidade da pilha e na proliferação de linhas de pilha múltiplas diferentes do mieloma. Este Homo-ProTac AB roga os efeitos de imids em pilhas múltiplas do mieloma. Portanto, nossos compostos à base de pomalidomida bacteriana podem ajudar a identificar os substratos endógenos e as funções fisiológicas da crbn e investigar o mecanismo molecular dos imids.
Os fármacos imunomoduladores (IMiDs) talidomida e seus análogos, lenalidomida e pomalidomida, todos aprovados para o tratamento do mieloma múltiplo, ligam-se ao E3 ubiquitina ligase Cereblon (CRBN), um adaptador de substrato para cullin4A-RING E3 ligase de ubiquitina (CRL4crbn)1,2,3. A vinculação de imids aumenta a afinidade deCRL4 crbn aos fatores de transcrição linfoide Ikaros (IKZF1) e Aiolos (IKZF3), levando à sua ubiquitinação e degradação (Figura 1)4,5, 6 anos de , 7 anos de , 8. Since IKZF1 e IKZF3 são essenciais para pilhas múltiplas do mieloma, seus resultados da inactivação na inibição do crescimento. SALL4 foi encontrado recentemente como um neosubstrato Imid-induzido adicional do crbn que é provável responsável para o teratogenicidade e a catástrofe assim chamada de Contergan nos 1950s causados por talidomida9,10. Em contraste, a caseína quinase 1 α (CK1α) é um substrato específico da lenalidomida de CRBN que está implicado no efeito terapêutico na síndrome mielodisplásica com deleções do cromossomo 5q11.
A capacidade de pequenas moléculas para atingir uma proteína específica para a degradação é uma implicação emocionante para o desenvolvimento de drogas modernas. Embora o mecanismo de talidomida e seus análogos foi descoberto após seu primeiro uso em seres humanos, assim chamado PROteólise targeting Chimeras (protacs) foram projetados para direcionar especificamente uma proteína de interesse (POI) (Figura 2)12,13,14,15,16,17,18. Protacs são as moléculas heterobifuncionais que consistem em um ligante específico para o POI conectado através de um linker a um ligante de uma ligase da ubiquitina E3 como crbn ou von-Hippel-Lindau (VHL)18,19,20, 21,22. Protacs induzem a formação de um complexo ternário transitório, direcionando o POI para a ligase da ubiquitina E3, resultando em sua ubiquitinação e degradação degradação. As principais vantagens do PROTACs sobre os inibidores convencionais é que a ligação a um POI é suficiente, em vez de sua inibição e, portanto, PROTACs pode potencialmente alvo de um espectro muito maior de proteínas, incluindo aqueles que foram considerados undruggable como fatores de transcrição15. Além disso, as moléculas quiméricas atuam catalisando e, portanto, têm uma alta potência. Após a transferência do ubiquitin ao POI, o complexo ternário dissocia e está disponível para a formação de complexos novos. Assim, as concentrações muito baixas de PROTAC são suficientes para a degradação da proteína-alvo23.
Aqui nós descrevemos a síntese de um pomalidomide-pomalidomide conjugado Homo-ProTac (composto 8) que recruta crbn para a degradação DSE24. A ligase da ubiquitina E3 CRBN atua como recrutador e alvo ao mesmo tempo (Figura 3). Para validar nossos dados, também sintetizamos um controle de ligação negativa (composto 9). Nossos dados confirmam que o recém-sintetizado Homo-PROTAC é específico para a degradação de CRBN e tem somente efeitos mínimos em outras proteínas.
1. preparação de moléculas PROTAC
Atenção: por favor, consulte todas as fichas de dados de segurança (MSDS) relevantes antes de usar. Diversos dos produtos químicos usados nestas sínteses são tóxicos e carcinogénicos. Por favor, use todas as práticas de segurança apropriadas e equipamentos de proteção pessoal.
2. validação funcional de moléculas PROTAC
Aqui nós descrevemos o projeto, a síntese e a avaliação biológica de um ProTac bacteriana do pomalidomide-baseado para a degradação de CRBN. Nosso ProTac interage simultaneamente com duas moléculas de crbn e forma complexos ternários que induz a degradação de autoubiquitinação e degradação de crbn com apenas efeitos remanescentes mínimos sobre os neosubstratos induzidos por pomalidomida IKZF1 ou IKZF3.
De uma sé...
O projeto de tais Homo-protacs como descrito aqui para crbn confia na afinidade específica do pomalidomida ao crbn, que foi utilizado com sucesso em protacs heterobifunctional numerosos e conduziu ao desenvolvimento de ProTac 8 como altamente degradador seletivo de CRBN. A especificidade de nossa molécula já foi confirmada por análises proteômicas24. Para nocaute geneticamente negociado, exclusão e validação de efeitos colaterais é desafiador e demorado. Além disso, um k...
Os autores não declaram um potencial conflito financeiro de interesse.
Este trabalho foi apoiado pelo Deutsche Forschungsgemeinschaft (Emmy-Noether Program Kr-3886/2-1 e SFB-1074 para J.K.; FOR2372 para a)
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1,1'-Carbonyldiimidazole | TCI chemicals | C0119 | |
2,2′-(Ethylenedioxy)-bis(ethylamine) | Sigma-Aldrich | 385506 | Compound 6 |
2-Mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | M6250 | |
3-Fluorophthalic anhydride, 98 % | Alfa Aesar | A12275 | |
4-Dimethylaminopyridine, 99 % | Acros | 148270250 | Toxic |
Acrylamidstammlösung/ Bisacrylamid (30%/0,8%) | Carl Roth | 3029.1 | |
Aiolos (D1C1E) mAB | Cell signaling | 15103S | |
Anti-CRBN antibody produced in rabbit | Sigma | HPA045910 | |
Anti-rabbit IgG HRP-linked antibody | Sigma | 7074S | |
Ammonium Persulfate | Roth | 9592.2 | |
Boc-Gln-OH | TCI chemicals | B1649 | |
Bovine Serum Albumin | Sigma-Aldrich | A7906-100G | |
CellTiter-Glo Luminescent Cell Viability Assay | Promega | G7571 | |
ChemiDoc XRS+ | Bio-Rad | 1708265 | |
DMF, anhydrous, 99.8 % | Acros | 348435000 | Extra Dry over Molecular Sieve |
DMSO, anhydrous, 99.7 % | Acros | 348445000 | Extra Dry over Molecular Sieve |
Glycine | Sigma-Aldrich | 15523-1L-R | |
Goat anti-mouse (HRP conjugated) | Santa Cruz biotechnology | sc-2005 | |
Halt Protease & Phosphatase Inhibitor Single-use Cocktail (100X) | Thermo Scientific | 1861280 | |
Ikaros (D6N9Y) Mab | Cell signaling | 14859S | |
ImmobilonP Transfer Membrane (0,45µm) | Merck | IPVH000010 | |
Iodomethane, 99 % | Sigma-Aldrich | I8507 | Highly toxic |
Methanol | Sigma-Aldrich | 32213-2.5L | |
Mg132 | Selleckchem | S2619 | |
Mini Trans-Blot electrophoretic transfer cell | Bio-Rad | 1703930 | |
Mini-PROTEAN Tetra Vertical Electrophoresis Cell | Bio-Rad | 1658004 | |
MLN4942 | biomol (cayman) | Cay15217-1 | |
Monoclonal Anti-α-Tubulin antibody produced in mouse (B512) | Sigma | T5168 | |
N-Ethyldiisopropylamine, 99 % | Alfa Aesar | A11801 | |
Nonfat dried milk powder | PanReac AppliChem | A0830,0500 | |
Nunc F96 MicroWell White Polystyrene Plate | Thermo Scientific | 136101 | |
NuPAGE LDS Sample Buffer (4X) | Thermo Scientific | NP0008 | |
Pierce BCA Protein Assay kit | Thermo Scientific | 23225 | |
Pomalidomide | Selleckchem | S1567 | |
RestoreTM Western Blot Stripping Buffer | Thermo Scientific | 46430 | |
sodium dodecyl sulfate | Carl Roth | 183.1 | |
Sodium Chloride | Sigma-Aldrich | A9539-500g | |
TEMED | Carl Roth | 2367.3 | |
tert-Butyl N-[2-[2-(2-aminoethoxy)ethoxy]ethyl]carbamate | Sigma-Aldrich | 89761 | Compound 5 |
Tricin | Carl Roth | 6977.4 | |
Trizma base | Sigma-Aldrich | T1503-1kg | |
Tween-20 | Sigma-Aldrich | P7949-500ml | |
WesternBright ECL spray | Advansta | K-12049-D50 |
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