细胞内的信号级联传导通常由蛋白磷酸化进行调控,基因的表达和调控则受到表观遗传学的影响,而调控这些信号的蛋白质,其本身也受到细胞内蛋白质的“生成-降解”平衡的调控,以维持细胞的自稳态。泛素-蛋白酶体系统负责了细胞内受调控的蛋白质降解过程,而蛋白质降解的失衡则直接影响到了细胞的生理状态,因此是很多罕见病如Angelman’s syndrome(又名快乐木偶综合征)的直接病因,而进一步的研究也发现其和很多疾病如癌症,神经退行性疾病等产生了关联。蛋白质的泛素化-蛋白酶体系统的发现和研究,则进一步提升了对细胞内蛋白质降解过程的认知,打开一个药物研发的全新领域,同时药物研发的思路从之前的调控靶点蛋白的活性(抑制/激活),扩展和提升到了调控靶点蛋白的存在量(消灭蛋白本身/减少其被消灭),即from inhibiting to destroying。
针对蛋白质泛素化-去泛素化系统,体外药物筛选部门开发了一系列实验,可以针对性在去泛素化酶活性实验,E1活化酶的活性实验,E2结合酶的活性实验,E3连接酶的活性实验中去检测化合物的效果。
(图 – 蛋白质泛素化-去泛素化系统检测平台)
同时,对泛素-蛋白酶体系的研究也催生了一个新的药物研发思路——PROTAC(Proteolysis Targeting Chimera),可以靶向目标蛋白,利用泛素-将目标蛋白直接降解。由于PROTAC“事件驱动(event driven)”的特性,即仅仅需要提供结合活性,触发靶蛋白(POI,Protein of Interest)与E3酶结合从而引发降解这一事件,并不需要像传统药物一样与目标靶点蛋白通过长时间和高强度的结合去抑制目标蛋白的功能活性,因此可以靶向传统定义中的“不可成药靶点(undruggable target)”。对此,体外药物筛选部门开发了相对应的实验,可以直接在生化水平检测靶蛋白(POI)上的泛素化程度,从而评估PROTAC的活性。
(图 – PROTAC研发平台)