Name: chemical inactivation of the e3 ubiquitin ligase cereblon by pomalidomide-based homo-protacs
Uploaded: 2019-05-15T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Chemical Inactivation of the E3 Ubiquitin Ligase Cereblon by Pomalidomide-based Homo-PROTACs at JoVE.com

Ce travail a été soutenu par la Deutsche Forschungsgemeinschaft (Emmy-Noether Program Kr-3886/2-1 et SFB-1074 à J.K.; FOR2372 à M.G.)

1. Préparation des molécules PROTAC
CAUTION : Veuillez consulter toutes les fiches de données pertinentes sur la sécurité des matériaux (MSDS) avant d'être utilisées. Plusieurs des produits chimiques utilisés dans ces synthèses sont toxiques et cancérigènes. Veuillez utiliser toutes les pratiques de sécurité appropriées et l'équipement de protection individuelle.
<ol><li>Préparation de tert-butyl N-(2,6-dioxo-3-piperidyl)carbamate (composé 1)</stro...

<ol>
	<li>Ito, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+a+primary+target+of+thalidomide+teratogenicity.">Identification of a primary target of thalidomide teratogenicity.</a> Science. 327 (5971), 1345-1350 (2010).</li><li>Lopez-Girona, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cereblon+is+a+direct+protein+target+for+immunomodulatory+and+antiproliferative+activities+of+lenalidomide+and+pomalidomide.">Cereblon is a direct protein target for immunomodulatory and antiproliferative activities of lenalidomide and pomalidomide.</a> Leukemia. 26 (11), 2326-2335 (2012).</li><li>Fischer, E. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+of+the+DDB1-CRBN+E3+ubiquitin+ligase+in+complex+with+thalidomide.">Structure of the DDB1-CRBN E3 ubiquitin ligase in complex with thalidomide.</a> Nature. 512 (7512), 49-53 (2014).</li><li>Gandhi, A. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immunomodulatory+agents+lenalidomide+and+pomalidomide+co-stimulate+T+cells+by+inducing+degradation+of+T+cell+repressors+Ikaros+and+Aiolos+via+modulation+of+the+E3+ubiquitin+ligase+complex+CRL4(CRBN).">Immunomodulatory agents lenalidomide and pomalidomide co-stimulate T cells by inducing degradation of T cell repressors Ikaros and Aiolos via modulation of the E3 ubiquitin ligase complex CRL4(CRBN).</a> British Journal of Haematology. 164 (6), 811-821 (2014).</li><li>Kronke, J., Hurst, S. N., Ebert, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lenalidomide+induces+degradation+of+IKZF1+and+IKZF3.">Lenalidomide induces degradation of IKZF1 and IKZF3.</a> Oncoimmunology. 3 (7), e941742 (2014).</li><li>Lu, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+myeloma+drug+lenalidomide+promotes+the+cereblon-dependent+destruction+of+Ikaros+proteins.">The myeloma drug lenalidomide promotes the cereblon-dependent destruction of Ikaros proteins.</a> Science. 343 (6168), 305-309 (2014).</li><li>Zhu, Y. X., Kortuem, K. M., Stewart, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+mechanism+of+action+of+immune-modulatory+drugs+thalidomide,+lenalidomide+and+pomalidomide+in+multiple+myeloma.">Molecular mechanism of action of immune-modulatory drugs thalidomide, lenalidomide and pomalidomide in multiple myeloma.</a> Leukemia &amp; Lymphona. 54 (4), 683-687 (2013).</li><li>Chamberlain, P. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+of+the+human+Cereblon-DDB1-lenalidomide+complex+reveals+basis+for+responsiveness+to+thalidomide+analogs.">Structure of the human Cereblon-DDB1-lenalidomide complex reveals basis for responsiveness to thalidomide analogs.</a> Nature Structural &amp; Molecular Biology. 21 (9), 803-809 (2014).</li><li>Donovan, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thalidomide+promotes+degradation+of+SALL4,+a+transcription+factor+implicated+in+Duane+Radial+Ray+syndrome.">Thalidomide promotes degradation of SALL4, a transcription factor implicated in Duane Radial Ray syndrome.</a> eLife. 7, (2018).</li><li>Matyskiela, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SALL4+mediates+teratogenicity+as+a+thalidomide-dependent+cereblon+substrate.">SALL4 mediates teratogenicity as a thalidomide-dependent cereblon substrate.</a> Nature Chemical Biology. 14 (10), 981-987 (2018).</li><li>Kronke, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lenalidomide+induces+ubiquitination+and+degradation+of+CK1alpha+in+del(5q)+MDS.">Lenalidomide induces ubiquitination and degradation of CK1alpha in del(5q) MDS.</a> Nature. 523 (7559), 183-188 (2015).</li><li>Sakamoto, K. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protacs:+chimeric+molecules+that+target+proteins+to+the+Skp1-Cullin-F+box+complex+for+ubiquitination+and+degradation.">Protacs: chimeric molecules that target proteins to the Skp1-Cullin-F box complex for ubiquitination and degradation.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 98 (15), 8554-8559 (2001).</li><li>Sakamoto, K. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+Protacs+to+target+cancer-promoting+proteins+for+ubiquitination+and+degradation.">Development of Protacs to target cancer-promoting proteins for ubiquitination and degradation.</a> Molecular &amp; Cellular Proteomics. 2 (12), 1350-1358 (2003).</li><li>Schneekloth, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+genetic+control+of+protein+levels:+selective+in+vivo+targeted+degradation.">Chemical genetic control of protein levels: selective in vivo targeted degradation.</a> Journal of the American Chemical Society. 126 (12), 3748-3754 (2004).</li><li>Gu, S., Cui, D., Chen, X., Xiong, X., Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PROTACs:+An+Emerging+Targeting+Technique+for+Protein+Degradation+in+Drug+Discovery.">PROTACs: An Emerging Targeting Technique for Protein Degradation in Drug Discovery.</a> Bioessays. 40 (4), e1700247 (2018).</li><li>Collins, I., Wang, H., Caldwell, J. 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E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phthalimide+conjugation+as+a+strategy+for+in+vivo+target+protein+degradation.">Phthalimide conjugation as a strategy for in vivo target protein degradation.</a> Science. 348 (6241), 1376-1381 (2015).</li><li>Maniaci, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Homo-PROTACs:+bivalent+small-molecule+dimerizers+of+the+VHL+E3+ubiquitin+ligase+to+induce+self-degradation.">Homo-PROTACs: bivalent small-molecule dimerizers of the VHL E3 ubiquitin ligase to induce self-degradation.</a> Nature Communications. 8 (1), 830 (2017).</li><li>Crew, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+and+Characterization+of+Von+Hippel-Lindau-Recruiting+Proteolysis+Targeting+Chimeras+(PROTACs)+of+TANK-Binding+Kinase+1.">Identification and Characterization of Von Hippel-Lindau-Recruiting Proteolysis Targeting Chimeras (PROTACs) of TANK-Binding Kinase 1.</a> Journal of Medicinal Chemistry. , (2017).</li><li>Lu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hijacking+the+E3+Ubiquitin+Ligase+Cereblon+to+Efficiently+Target+BRD4.">Hijacking the E3 Ubiquitin Ligase Cereblon to Efficiently Target BRD4.</a> Chemistry &amp; Biology. 22 (6), 755-763 (2015).</li><li>Steinebach, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PROTAC-mediated+crosstalk+between+E3+ligases.">PROTAC-mediated crosstalk between E3 ligases.</a> Chemical Communications. 55 (12), 1821-1824 (2019).</li><li>Tinworth, C. P., Lithgow, H., Churcher, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small+molecule-mediated+protein+knockdown+as+a+new+approach+to+drug+discovery.">Small molecule-mediated protein knockdown as a new approach to drug discovery.</a> Medchemcomm. 7 (12), 2206-2216 (2016).</li><li>Steinebach, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Homo-PROTACs+for+the+Chemical+Knockdown+of+Cereblon.">Homo-PROTACs for the Chemical Knockdown of Cereblon.</a> ACS Chemical Biology. 13 (9), 2771-2782 (2018).</li><li>Ambrozak, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+Antiangiogenic+Properties+of+Tetrafluorophthalimido+and+Tetrafluorobenzamido+Barbituric+Acids.">Synthesis and Antiangiogenic Properties of Tetrafluorophthalimido and Tetrafluorobenzamido Barbituric Acids.</a> ChemMedChem. 11 (23), 2621-2629 (2016).</li><li>Zhou, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Discovery+of+a+Small-Molecule+Degrader+of+Bromodomain+and+Extra-Terminal+(BET)+Proteins+with+Picomolar+Cellular+Potencies+and+Capable+of+Achieving+Tumor+Regression.">Discovery of a Small-Molecule Degrader of Bromodomain and Extra-Terminal (BET) Proteins with Picomolar Cellular Potencies and Capable of Achieving Tumor Regression.</a> Journal of Medicinal Chemistry. , (2017).</li><li>Zhang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proteolysis+Targeting+Chimeras+(PROTACs)+of+Anaplastic+Lymphoma+Kinase+(ALK).">Proteolysis Targeting Chimeras (PROTACs) of Anaplastic Lymphoma Kinase (ALK).</a> European Journal of Medicinal Chemistry. 151, 304-314 (2018).</li><li>Runcie, A. C., Chan, K. H., Zengerle, M., Ciulli, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+genetics+approaches+for+selective+intervention+in+epigenetics.">Chemical genetics approaches for selective intervention in epigenetics.</a> Current Opinion in Chemical Biology. 33, 186-194 (2016).</li><li>Kronke, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lenalidomide+causes+selective+degradation+of+IKZF1+and+IKZF3+in+multiple+myeloma+cells.">Lenalidomide causes selective degradation of IKZF1 and IKZF3 in multiple myeloma cells.</a> Science. 343 (6168), 301-305 (2014).</li><li>Eichner, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immunomodulatory+drugs+disrupt+the+cereblon-CD147-MCT1+axis+to+exert+antitumor+activity+and+teratogenicity.">Immunomodulatory drugs disrupt the cereblon-CD147-MCT1 axis to exert antitumor activity and teratogenicity.</a> Nature Medicine. 22 (7), 735-743 (2016).</li><li>Zhu, Y. X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cereblon+expression+is+required+for+the+antimyeloma+activity+of+lenalidomide+and+pomalidomide.">Cereblon expression is required for the antimyeloma activity of lenalidomide and pomalidomide.</a> Blood. 118 (18), 4771-4779 (2011).</li><li>Kortum, K. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+sequencing+of+refractory+myeloma+reveals+a+high+incidence+of+mutations+in+CRBN+and+Ras+pathway+genes.">Targeted sequencing of refractory myeloma reveals a high incidence of mutations in CRBN and Ras pathway genes.</a> Blood. 128 (9), 1226-1233 (2016).</li><li>Gil, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cereblon+deficiency+confers+resistance+against+polymicrobial+sepsis+by+the+activation+of+AMP+activated+protein+kinase+and+heme-oxygenase-1.">Cereblon deficiency confers resistance against polymicrobial sepsis by the activation of AMP activated protein kinase and heme-oxygenase-1.</a> Biochemical and Biophysical Research Communications. 495 (1), 976-981 (2018).</li><li>Kim, H. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cereblon+in+health+and+disease.">Cereblon in health and disease.</a> Pfl&#252;gers Archiv: European Journal of Physiology. 468 (8), 1299-1309 (2016).</li><li>Lee, K. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disruption+of+the+cereblon+gene+enhances+hepatic+AMPK+activity+and+prevents+high-fat+diet-induced+obesity+and+insulin+resistance+in+mice.">Disruption of the cereblon gene enhances hepatic AMPK activity and prevents high-fat diet-induced obesity and insulin resistance in mice.</a> Diabetes. 62 (6), 1855-1864 (2013).</li></ol>

La conception de ces homo-PROTAC tel que décrit ici pour CRBN repose sur l'affinité spécifique de la pomalidomide à CRBN, qui a été utilisée avec succès dans de nombreux PROTAC hétérofunctional et a abouti au développement de PROTAC 8 comme un très crBN sélectif de grader. La spécificité de notre molécule a déjà été confirmée par des analyses protéomiques24. Pour les KO génétiquement médiatisés, l'exclusion et la validation des effets secondaires est diff...

Les médicaments immunomodulateurs (IMiDs) thalidomide et ses analogues, lénalidomide et pomalidomide, tous approuvés pour le traitement du myélome multiple, se lient à l'E3 ubiquitin ligase cereblon (CRBN), un adaptateur de substrat pour cullin4A-RING E3 ubiquitin ligase (CRL4CRBN)1,2,3. La liaison des IMiD améliore l'affinité du CRL4CRBN aux facteurs de transcription lymphoïde Ikaros (IKZF1) et Aiolos (IKZF3), conduisant à leur ubiquitination et dégradation (Figure 1)4,5, 6 Annonces , 7 Annonces , 8. Puisque IKZF1 et IKZF3 sont essentiels pour les cellules de myélome multiples, leur inactivation a comme conséquence l'inhibition de croissance. SALL4 a été récemment trouvé comme un néo-substrat iMiD-induit supplémentaire de CRBN qui est probablement responsable de la tératogénicité et la catastrophe dite Contergan dans les années 1950 causée par la thalidomide9,10. En revanche, la caséine 1 (CK1) est un substrat spécifique au lénalidomide de CRBN qui est impliqué dans l'effet thérapeutique dans le syndrome myélodydyplasique avec des suppressions de chromosome 5q11.
La capacité des petites molécules à cibler une protéine spécifique pour la dégradation est une implication passionnante pour le développement de médicaments modernes. Alors que le mécanisme de la thalidomide et de ses analogues a été découvert après leur première utilisation chez l'homme, ce qu'on appelle Proteolyse Targeting Chimeras (PROTACs) ont été conçus pour cibler spécifiquement une protéine d'intérêt (POI) (Figure 2)12,13,14,15,16,17,18. Les PROTAC sont des molécules hétérophobes qui se composent d'un ligand spécifique pour le POI connecté via un linker à un ligand d'une ligase d'ubiquitine E3 comme CRBN ou von-Hippel-Lindau (VHL)18,19,20, 21,22. Les PROTAC induisent la formation d'un complexe ternaire transitoire, dirigeant le POI à la ligase d'ubiquitine d'E3, ayant pour résultat son ubiquitination et la dégradation protéasomal. Les principaux avantages des PROTAC par rapport aux inhibiteurs conventionnels sont que la liaison à un POI est suffisante plutôt que son inhibition et, par conséquent, les PROTAC peuvent potentiellement cibler un spectre beaucoup plus large de protéines, y compris celles qui ont été considérées comme non médicamentables comme facteurs de transcription15. En outre, les molécules chimériques agissent catalytiquement et ont donc une puissance élevée. Après le transfert d'ubiquitine au POI, le complexe ternaire se dissocie et est disponible pour la formation de nouveaux complexes. Ainsi, de très faibles concentrations PROTAC sont suffisantes pour la dégradation de la protéine cible23.
Ici nous décrivons la synthèse d'un homo-PROTAC conjugué pomalidomide-pomalidomide (composé 8) qui recrute CRBN pour la dégradation de lui-même24. L'E3 ubiquitine ligase CRBN sert à la fois de recruteur et de cible en même temps (figure 3). Pour valider nos données, nous avons également synthétisé un contrôle de liaison négatif (composé 9). Nos données confirment que l'homo-PROTAC nouvellement synthétisé est spécifique à la dégradation du CRBN et n'a que des effets minimes sur d'autres protéines.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>1,1&#39;-Carbonyldiimidazole</td>
			<td>TCI chemicals</td>
			<td>C0119</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2,2&#8242;-(Ethylenedioxy)-bis(ethylamine)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>385506</td>
			<td>Compound 6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Mercaptoethanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M6250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3-Fluorophthalic anhydride, 98 %</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A12275</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-Dimethylaminopyridine, 99 %</td>
			<td>Acros</td>
			<td>148270250</td>
			<td>Toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acrylamidstamml&#246;sung/ Bisacrylamid (30%/0,8%)</td>
			<td>Carl Roth</td>
			<td>3029.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aiolos (D1C1E) mAB</td>
			<td>Cell signaling</td>
			<td>15103S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-CRBN antibody produced in rabbit</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>HPA045910</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-rabbit IgG HRP-linked antibody</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>7074S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium Persulfate</td>
			<td>Roth</td>
			<td>9592.2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Boc-Gln-OH</td>
			<td>TCI chemicals</td>
			<td>B1649</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine Serum Albumin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A7906-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CellTiter-Glo Luminescent Cell Viability Assay</td>
			<td>Promega</td>
			<td>G7571</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ChemiDoc XRS+</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>1708265</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMF, anhydrous, 99.8 %</td>
			<td>Acros</td>
			<td>348435000</td>
			<td>Extra Dry over Molecular Sieve</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMSO, anhydrous, 99.7 %</td>
			<td>Acros</td>
			<td>348445000</td>
			<td>Extra Dry over Molecular Sieve</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>15523-1L-R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-mouse (HRP conjugated)</td>
			<td>Santa Cruz biotechnology</td>
			<td>sc-2005</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Halt Protease &#38; Phosphatase Inhibitor Single-use Cocktail (100X)</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>1861280</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ikaros (D6N9Y) Mab</td>
			<td>Cell signaling</td>
			<td>14859S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImmobilonP Transfer Membrane (0,45&#181;m)</td>
			<td>Merck</td>
			<td>IPVH000010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iodomethane, 99 %</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>I8507</td>
			<td>Highly toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>32213-2.5L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mg132</td>
			<td>Selleckchem</td>
			<td>S2619</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mini Trans-Blot electrophoretic transfer cell</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>1703930</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mini-PROTEAN Tetra Vertical Electrophoresis Cell</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>1658004</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MLN4942</td>
			<td>biomol (cayman)</td>
			<td>Cay15217-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monoclonal Anti-&#945;-Tubulin antibody produced in mouse (B512)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T5168</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-Ethyldiisopropylamine, 99 %</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A11801</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nonfat dried milk powder</td>
			<td>PanReac AppliChem</td>
			<td>A0830,0500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nunc F96 MicroWell White Polystyrene Plate</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>136101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NuPAGE LDS Sample Buffer (4X)</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>NP0008</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pierce BCA Protein Assay kit</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>23225</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pomalidomide</td>
			<td>Selleckchem</td>
			<td>S1567</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RestoreTM Western Blot Stripping Buffer</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>46430</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sodium dodecyl sulfate</td>
			<td>Carl Roth</td>
			<td>183.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A9539-500g</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TEMED</td>
			<td>Carl Roth</td>
			<td>2367.3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tert-Butyl N-[2-[2-(2-aminoethoxy)ethoxy]ethyl]carbamate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>89761</td>
			<td>Compound 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tricin</td>
			<td>Carl Roth</td>
			<td>6977.4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trizma base</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T1503-1kg</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tween-20</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P7949-500ml</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>WesternBright ECL spray</td>
			<td>Advansta</td>
			<td>K-12049-D50</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

chemical inactivation of the e3 ubiquitin ligase cereblon by pomalidomide-based homo-protacs

Les médicaments immunomodulatoires (IMiDs) thalidomide et ses analogues, lénalidomide et pomalidomide, tous les médicaments approuvés par la FDA pour le traitement du myélome multiple, induire l'ubiquitination et la dégradation des facteurs de transcription lymphoïde Ikaros (IKZF1) et Aiolos (IKZF3) via le cereblon (CRBN) E3 ubiquitin ligase pour la dégradation protéasomal. IMiDs ont récemment été utilisés pour la génération de chiolyse bifonctionnelle ciblant les chimères (PROTACs) pour cibler d'autres protéines pour l'ubiquitination et la dégradation protéasomal par la ligase CRBN E3. Nous avons conçu et synthétisé des PROTAC homobifonctionnels à base de pomalidomide et analysé leur capacité à induire l'ubiquitination autodirigée et la dégradation de CRBN. Ici, CRBN sert à la fois, la ligase d'ubiquitine E3 et la cible en même temps. Le composé homo-PROTAC 8 dégrade CRBN avec une puissance élevée avec seulement des effets restants minimes sur IKZF1 et IKZF3. L'inactivation de CRBN par le composé 8 n'a eu aucun effet sur la viabilité et la prolifération de cellules multiples différentes. Cet homo-PROTAC abroge les effets des IMiD dans plusieurs cellules de myélome. Par conséquent, nos composés homodimériuns à base de pomalidomide peuvent aider à identifier les substrats endogènes et les fonctions physiologiques de CRBN et à étudier le mécanisme moléculaire des MiD.

Ici nous avons décrit la conception, la synthèse et l'évaluation biologique d'un PROTAC à base de pomalidomide homodimérique pour la dégradation de CRBN. Notre PROTAC interagit simultanément avec deux molécules CRBN et forme des complexes ternaires qui induit l'auto-ubiquitination et la dégradation protéasomal de CRBN avec seulement des effets restants minimes sur les néo-substrats induits par le pomalidomide IKZF1 ou IKZF3.
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Chemical Inactivation of the E3 Ubiquitin Ligase Cereblon by Pomalidomide-based Homo-PROTACs

Ce travail décrit la synthèse et la caractérisation d'un homo-PROTAC bifonctionnel à base de pomalidomide comme une nouvelle approche pour induire l'ubiquitination et la dégradation du cereblon de ligase d'ubiquitine E3 (CRBN), la cible des analogues de la thalidomide.

Inactivation chimique de l'E3 Ubiquitin Ligase Cereblon par des Homo-PROTAC à base de Pomalidomide

The immunomodulatory drugs (IMiDs) thalidomide and its analogs, lenalidomide and pomalidomide, all FDA approved drugs for the treatment of multiple ...

Nos PROTACs homodimeric sont les premiers inhibiteurs chimiques de Cereblon et peuvent aider à élucider davantage le mécanisme moléculaire des analogues de thalidomide, aussi bien qu’à étudier la fonction physiologique de Cereblon. Cette nouvelle technologie de plate-forme PROTAC peut être très utile pour cibler spécifiquement les protéines d’intérêt qui sont par ailleurs considérées comme irréparables. L’inhibition de CRBN seule n’a aucune activité anti-tumorale.Cependant, les dégradants de CRBN peuvent avoir des implications cliniques dans l’obésité, les maladies infectieuses, et d’autres désordres. La synthèse est difficile et il est difficile de trouver des liens optimaux et l’attachement pour générer des dégradants de protéines efficaces lors de la conception d’un composé PROTAC. Pour commencer, placez 2,46 grammes de L-glutamine protégée par Boc et 50 millilitres de tétrahydrofuran dans un flacon à fond rond de 100 millilitres, et remuez à 800 rpm pendant une minute.Ensuite, ajouter 1,95 grammes de 1, 1'carbonyldiimidazole et une quantité catalytique de 4-pyridine. Continuer à remuer pendant 10 heures au reflux pour obtenir une solution incolore claire de composé glutarimide. Laissez refroidir la solution à température ambiante et retirez le solvant à l’évaporateur rotatif.Redissolvez les résidus en 200 millilitres d’acétate d’éthylique et versez-les dans un entonnoir séparateur. Laver la couche organique avec 50 millilitres chacun d’eau déionisée et de saumure, et sécher la couche organique sur le sulfate de sodium. Gravité filtrer la solution à travers le gel de silice pour enlever le desiccant, puis rincer le gel de silice avec 200 millilitres d’acétate d’éthyle.Retirer le solvant du filtrate sous vide pour obtenir le composé 1 comme solide incolore. Séchez le produit sous vide pendant la nuit avant de l’utiliser. Ensuite, dissoudre 0,50 grammes d’acétate de sodium dans 20 millilitres d’acide acétique glaciaire dans un flacon à fond rond de 100 millilitres équipé d’une barre de remue-glace.Ajouter 1,25 grammes d’anhydride 3 fluorophtaliques et 1,14 grammes de glutarimide et remuer au reflux pendant six heures pour obtenir une solution violette du composé 3. Laisser refroidir le mélange à température ambiante, puis le verser dans 100 millilitres d’eau déionisée et remuer pendant 10 minutes pour précipiter le composé 3. Recueillir le solide par filtration, le laver avec de l’eau et de l’éther de pétrole, et le sécher sous vide pendant deux jours.Ensuite, placez 0,83 gramme de composé trois et 20 millilitres de sulfure de diméthyle sec dans un flacon Schlenk de 50 millilitres et remuer pendant deux minutes. Ajouter 0,22 gramme d’alpha omega diamine linker Compound 6, et 1,05 millilitres de N, N-diisopropyléthylamine et remuer le mélange sous argon à 90 degrés Celsius pendant 18 heures pour obtenir Homodimer 8 dans un mélange vert foncé. Laisser refroidir le mélange à température ambiante et le verser dans 100 millilitres d’eau déionisée.Extraire le produit en trois portions de 50 millilitres d’acétate d’éthyle, combiner les couches organiques et les laver avec 50 millilitres chacun d’eau et de saumure. Séchez la couche organique lavée sur le sulfate de sodium, filtrez le dessiccant et retirez le solvant sous vide. Redéfinir les résidus dans une quantité minimale de solvant chromatographie et appliquer sur une colonne de gel de silice pour la purification.Recueillir les fractions du produit fluorescent, les combiner, et enlever le solvant pour obtenir Homodimer 8 comme un solide jaune. Pour commencer, dissoudre 2,28 grammes de Glutarimide 1 dans 25 millilitres de diméthylformamide dans un flacon rond-fond de 100 millilitres. Suspendre 2,76 grammes de carbonate de potassium moulu dans cette solution.Puis, dessinez 0,62 millilitres d’iodométhane dans une seringue équipée d’une aiguille de calibre 20. Ajouter l’iodomethane drop-wise au cours de 10 secondes. Arrêter le flacon à l’aide d’un septum en caoutchouc et ajouter une aiguille d’évent.Sonicate le mélange pendant deux heures à température ambiante pour obtenir glutarimide composé 2. Diluer le mélange avec 50 millilitres d’acétate d’éthyle et le verser dans un entonnoir séparateur. Rincer le flacon dans l’entonnoir avec encore 50 millilitres d’acétate d’éthyle.Travaillez le produit et purifiez-le avec la chromatographie de colonne de gel de silice pour obtenir le Glutarimide 2 comme un solide incolore. Comparez les temps de rétention des composés glutarimides 1 et 2 pour confirmer que la méthylation N a été un succès. Pour commencer la validation, traiter les cellules myélomateuses multiples avec les composés d’intérêt.Isoler les protéines pertinentes et préparer des échantillons pour une analyse occidentale de la dégradation des protéines. Ensuite, préparez un sandwich au gel pour SDS-PAGE et remplissez le réservoir tampon d’anodes avec une solution tris-HCl pH 8.9. Chargez les échantillons de protéines dans le gel et exécutez-le à 70 Volts pendant 20 minutes, suivis de 115 volts pendant 150 minutes.Ensuite, préparez un tampon de transfert 1x pour l’immunoblotting et déplacez soigneusement le gel de sa cassette au tampon de transfert pour l’équilibrer. Vous devez être très prudent lorsque vous retirez le gel de la cassette pour l’équilibrage, car il peut éclater et froisser très rapidement. Plonger une membrane de difluoride polyvinylidene de 0,45 micromètre dans du méthanol pur pendant au moins 20 secondes pour l’activer, puis l’immerger dans un tampon de transfert 1x.Laisser le gel et la membrane s’équilibrer pendant 10 minutes. Ensuite, assemblez la cassette blotting occidentale et appliquez 180 milliamperes pendant 90 minutes pour transférer les protéines à la membrane. Ensuite, visualisez les protéines en immunostaining.Pour évaluer les effets sur la viabilité des cellules, tout d’abord, les graines 50 000 cellules myélomateuses multiples par puits d’une plaque de puits de 96 dans le triplicate biologique. Ajouter à chaque puits 100 microlitres de supports contenant du DMSO, ou un 0,1, un ou 10 micromolaires de composé 8, composé 9 ou pomalidomide. Pour effectuer l’expérience de sauvetage de viabilité cellulaire, traitez plutôt les cellules avec une solution nanomolaire de 100 du composé 8 pendant trois heures, avant ou après l’ajout d’une solution micromolaire de pomalidomide.Incuber les cellules pendant 24, 48 ou 96 heures à 37 degrés Celsius dans une atmosphère de dioxyde de carbone de 5 %, et mesurer la viabilité cellulaire à l’essai luminescent. La structure de PROTAC 8 homodimeric a été confirmée avec proton et carbone NMR. Protac 9 heterodimérique a été synthétisé comme un contrôle négatif, comme N-méthylation dans la partie glutarimide entraîne une perte de Cereblon, ou CRBN, capacité contraignante.L’homo PROTAC 8 induit une dégradation protéosomique presque complète du CRBN avec des effets minimes sur les facteurs de transcription lymphoïde IKZF1 et IKZF3. En revanche, l’hétéro PROTAC 9 a montré un comportement similaire aux pomalidomides. La dégradation du CRBN induite par le composé 8 pourrait être bloquée par un inhibiteur direct du protéasome, ou indirectement bloquée par l’inhibition de la nétylation.Les cellules prétraitées avec le composé 8 ont résisté de manière significative aux effets de la pomalidomide sur IKZF1 et IKZF3. La dégradation induite par le CRBN composée 8 a eu beaucoup moins d’effet sur la viabilité des cellules du myélome multiple après 96 heures que la dégradation IKZF1 et IKZF3 du composé 9 et du pomalidomide. Les cellules multiples de myélome prétraitées avec le composé 8 ont eu sensiblement plus de viabilité une fois exposées à la pomalidomide que les cellules non traitées, suggérant que le composé 8 pourrait être employé pour imiter la résistance immunomodulatoire de drogue d’IMiD.Nous avons constaté que le composé 8 induit la dégradation protéasomale complète du cereblon, n’a aucun effet secondaire sur la viabilité et la prolifération cellulaires d’IKZF1 et d’IKZF3. L’extension de la technologie du projet à d’autres cibles a le potentiel d’inactiver et de suivre les protéines liées au cancer et à d’autres maladies. Lors de l’adaptation de cette technique pour d’autres médicaments et protéines, il faut étudier attentivement les structures moléculaires du médicament et la cible protéique pour choisir les liens optimaux et les attachements.Les IMiD ne fonctionneront pas chez la souris en raison d’une mutation ponctuelle dans Cereblon, mais il existe un modèle transgénique de souris knock-in qui peut être utilisé pour d’autres études sur les animaux. Comme la pomalidomide est une thalidomide analogique, qui est hautement tératogène, nous ne recommandons pas aux femmes enceintes de travailler avec ces médicaments.

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