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韩霆/齐湘兵执行室发现新的介导蛋白降解的分子胶

楬橥时间:2020/09/08

充值送平台 2020年8月17日,北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院韩霆/齐湘兵课题组协作正正在eLife杂志正正在线发表了题为“Discovery of a molecular glue promoting CDK12-DDB1 interaction to trigger cyclin K degradation” 的研究论文(https://elifesciences.org/articles/59994)。

传统的小分子药物靶点大众是具有成药口袋的蛋白(例如蛋白激酶和G蛋白偶联受体),这类蛋白约占蛋白质组的20%。近年来兴起的靶向蛋白降解(targeted protein degradation)技术为剩下的80%的蛋白靶点提供了成药计策,于是获得了学术界和工业界的广泛体贴。

分子胶(molecular glue)是一类作用于蛋白与蛋白相互作用界面的化学小分子,是浩繁靶向蛋白降解技术中成药性较好,但也是难度较大的一个分支。韩霆/齐湘兵课题组通过高通量小分子化合物筛选发现了一类新的分子胶HQ461,而且诈欺化学遗传学和生物化学浸组,揭示了HQ461通过诱导CDK12和DDB1的相互作用,导致CDK12结合蛋白cyclin K众泛素化和降解的作用机理。

NRF2正正在近四分之一的肺癌中过表达,通过识别抗氧化识别元件(ARE)来激活下逛基因表达,是制成癌症细胞增殖和耐药性的关键转录因子。该研究的出发点是筛选拮抗NRF2活性的小分子抑制剂,通过正正在肺癌细胞系A549中诈欺抗氧化识别元件-荧光素酶(ARE-luciferase)报告基因编制对65790种化合物进行筛选,发现候选化合物HQ461可以降低ARE-luciferase的活性,而且具有杀伤癌症细胞的能力。可是,野生型和NRF2敲除的A549细胞对HQ461的敏感性没有明显折柳,说明NRF2不是HQ461杀伤癌症细胞的直接靶点。

为了解析HQ461杀伤癌症细胞的作用机理,科研人员起首辈行了全基因组CRISPR-Cas9筛选,发现E3泛素结合酶CUL4-DDB1-RBX1的缺失制成细胞对于HQ461发生耐药性,表示HQ461通过CUL4-DDB1-RBX1依赖的蛋白降解编制发挥功能。为了寻觅被HQ461诱导降解的功能底物,科研人员诈欺直肠癌细胞系HCT-116进行了第二轮遗传筛选。HCT-116细胞系由于MLH1基因的缺失制成DNA错配修复通路的缺陷,从而可以自发发生大量的点突变。通过HQ461治理HCT-116得到众个HQ461抗性克隆,然后诈欺全外显子组测序技术发现这些抗性克隆中浸复显现了CDK12 G731E或G731R突变。正正在A549中原位敲入这两个点突变都能使细胞发生HQ461抗性。

CDK12通过与cyclin K形成二元复合物来发挥转录调控的生物学功能。通过免疫印迹执行发现,HQ461并没有直接影响CDK12蛋白的稳定性,而是制成了cyclin K蛋白的降解。

通过一系列的生物化学和生物物理学执行证明HQ461具有分子胶活性。HQ461煽动CDK12和DDB1的相互作用,制成cyclin K的众泛素化和降解。DDB1是CUL4-DDB1-RBX1 E3泛素结合酶的接头蛋白,通过结合折柳的底物受体蛋白来识别和降解特异的底物。正正在HQ461诱导cyclin K降解历程中,CDK12充当了底物受体的角色。研究人员对于HQ461进行了构制活性关系的分解,发现了5-甲基噻唑-2-胺药效基团的浸要性,并优化得到了具有更强诱导cyclin K降解活性的HQ461衍生物。

韩霆执行室博士生吕陆、操龙志与齐湘兵执行室的博士生陈珮豪是本文第一作家,韩霆执行室李亚梅、曾志、崔悦,齐湘兵执行室吴青翠、李娇娇和董梦秋执行室王建华对本工作有浸要功勋。该研究由科技部、北京市科委、清华大学资帮,正正在北京生命科学研究所完成。

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