科学家产生新的靶向蛋白质降解系统，调节细胞自身的蛋白质

研究蛋白质在健康和疾病中作用的研究人员使用实验工具来灭活蛋白质、破坏蛋白质或阻止蛋白质在细胞中产生。在一种方法中，他们用“摧毁我”标签标记靶向蛋白质，这些标签与被称为分子胶的小分子一起工作，促使细胞自己的蛋白质清除机制吞噬蛋白质。然而，今天使用的许多标签太大，无法标记编码细胞天然蛋白质的基因，或者它们会造成附带损害，引发靶蛋白之外的蛋白质破坏

现在，麻省理工学院布罗德研究所和哈佛大学的科学家们使用了一种名为PACE的连续进化平台来产生更小的蛋白质降解标签或降解物，形成分子胶复合物，能够精确触发细胞自身蛋白质的耗竭

然后，该团队使用他们之前开发的一种名为prime edition的基因编辑技术，将紧密降解子插入人类细胞的基因组，在那里，它在一种惰性小分子存在的情况下，募集细胞蛋白质破坏途径的关键组分蜡样蛋白，以快速诱导蛋白质降解

科学家们解决了三组分复合物的3D结构，揭示了对其活性和特异性的深入了解，还进化出了在小鼠细胞中起作用的降解蛋白变体。该平台有可能进化出额外的新降解物和分子胶复合物，可用于探索蛋白质功能或验证治疗靶点。这项研究发表在《科学》杂志上

“我们已经证明，连续进化是快速进化分子胶系统的一种强大方法，可以成为有用的研究工具，”该研究的高级作者、Richard Merkin教授、布罗德大学Merkin医疗保健转化技术研究所所长David Liu说

“我们很高兴看到这种方法如何也能应用于进化出其他以创造性和强大的方式与小分子相互作用的蛋白质。”刘也是霍华德休斯医学研究所的研究员和哈佛大学的教授

这项工作建立在今年早些时候发表的工作基础上，由共同高级作者阿米特·乔杜里领导，他是布罗德协会的副成员，也是哈佛医学院的医学助理教授

这项研究确定了许多与沙利度胺有关的分子，沙利度胺是一种经典的分子胶，与蜡样蛋白相互作用，引发蛋白质降解，用于治疗一些癌症和皮肤病。尽管沙利度胺会引发许多蛋白质的破坏，但一种名为PT-179的相关分子相对惰性，这使其成为更精确的分子胶系统的良好起点

在这项新研究中，研究人员使用了一种称为噬菌体辅助连续进化（PACE）的系统，该系统于2011年在哈佛大学刘的实验室首次开发，以产生一种可能与PT-179协同工作的学位。PACE使研究人员能够快速进化出具有有用特征的新蛋白质

在第一作者之一Jaron Mercer和Stephan DeCarlo领导的实验中，该团队从锌指基序开始，锌指基是一种已知与分子胶结合的蜡样蛋白结合的蛋白质结构元件。在PACE过程中，经过数百代的进化，他们进化出了新的锌指结构域，当与PT-179分子胶结合时，这些结构域与蜡样蛋白相互作用

研究人员随后将锌指结构域缩减为36个氨基酸，称为SD40。

“我们想找到尽可能小的基序，这样我们就可以使用我们的引物编辑技术有效地标记基因组中的内源性基因，”哈佛大学研究生、刘实验室研究员DeCarlo说。在加入PT-179仅几分钟后，靶向蛋白就开始从细胞中消失，对所评估的数千种非靶向蛋白中的任何一种都没有观察到影响

刘实验室的博士后Mercer说：“其他系统显示了一种细胞外来蛋白质的降解，但使用我们进化出的这种强大标签，我们显示了该细胞天然靶蛋白的降解，这在生物学上更有意义。”

使用冷冻电子显微镜，该团队表明，当与SD40和PT-179结合时，蜡样蛋白处于闭合构象，SD40似乎将受体的两端固定在一起。这项工作表明，尽管还需要更多的工作来验证和理解这一机制，但为了将信息传递给复合物中的其他蛋白质，可能需要“关闭”小脑蛋白，以标记靶蛋白进行破坏

由于人类细胞和小鼠中降解蛋白质的细胞机制不同，该团队还使用他们的方法进化出一种与小鼠细胞中发现的蜡样蛋白结合的降解物，这可能有助于涉及人类疾病转基因小鼠模型的研究

该平台还可用于进化具有新降解物的分子胶复合物，或以新的、有趣的方式相互作用的其他蛋白质组合

研究人员已经在与癌症生物学和其他领域的科学家合作，利用他们进化的降解物来标记具有潜在治疗意义的蛋白质。这种方法使他们能够去除靶蛋白i