干货!靶向蛋白降解会议视频记录 | Carolyn Bertozzi

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“Dana Farber Targeted Protein Degradation”网络研讨会由丹娜法伯癌症研究院承办,邀请蛋白降解领域(TPD)的顶级科研工作者展示他们在靶向蛋白领域的最新工作,会议包括报告和自由提问两部分,旨在为广大蛋白降解领域的科研人员提供一个自由交流的平台,加速该领域的发展。


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视频记录
本期的嘉宾是溶酶体靶向嵌合体(LYTAC)的概念提出者Carolyn Bertozzi。此前,PROTACs 已经被广泛证明可靶向降解细胞内蛋白,而且从Arvinas公布的ARV-110和ARV-471 临床数据表明 PROTACs 具备良好的体内安全性。但 PROTACs 却只能降解细胞内的蛋白质,而细胞外蛋白质和膜相关蛋占蛋白质编码基因产物的 40 %,如何实现这部分蛋白的降解,LYTAC 概念则完美解决了这一问题,Carolyn 报道的题目为 “ Targeted degradation of extracellular proteins ”。

字幕由网易见外工作台翻译,仅作参考


视频会议纪要:

1.  首先提出抑制剂并不适用所有的蛋白,阐述了靶向蛋白降解的优势,进一步指出利用细胞内泛素-蛋白酶体系统的 PROTACs 却也只能降解细胞内蛋白,而不能降解细胞外蛋白的缺陷。

2.  提出向自然学习,生物体中本来就存在的细胞外蛋白降解方式,即核内体-溶酶体系统。不依赖阳离子的甘露糖-6磷酸受体(CI-M6PR)是一种溶酶体靶向受体,有10%存在于细胞膜上,可以介导带有甘露糖-6磷酸(M6P)修饰的蛋白质转运至溶酶体,从而实现蛋白质的降解。而在内体成熟过程中,随着 pH 的降低,CI-M6PR 和糖蛋白发生解离,CI-M6PR 再度进入循环。

3.  Steven Banik 的目标就是利用上述系统,并最终通过甘露糖-6磷酸类似物和目标蛋白的抗体偶联合成了第一代的 M6Pn-LYTAC,后详细阐述了合成第一代 M6Pn-LYTAC 的具体试验操作和其中的困难,并最终实现了 EGFR 和 PD-1 的大部分降解。
4. 提出 LYTAC 是否可以利用其他的受体,是否可以实现组织的特异性,是否可以进行进一步的结构优化。鉴于 M6PR 是一种广泛存在的溶酶体靶向受体,Green Ahn 采用了一种肝脏特异性摄取受体,即抗去唾液酸糖蛋白受体(ASGPR),并合成了具有结构优化的第二代的 GalNAc-LYTAC, 成功实现了肝脏部位组织特异性的 EGFR 降解。

提问部分:
1. LYTAC 是否会被降解,是否具有催化性?
基于抗体的 LYTAC 是可被降解的,基于小分子的 LYTAC 是不易被降解的;
理论上 LYTAC 和靶标的结合是由 pH 调控的,当pH降低时,LYTAC 得到释放,可从新参与多轮靶标的降解,具备催化性。基于抗体的 LYTAC 如果利用好 FcRn 途径实现循环利用,会更好的具备催化性。FcRn 和货物的结合也是由 pH 调控的,在低 pH 下具有高亲和力,当把货物运送到质膜,即 pH 升高到 7 时,亲和力降低,从而释放货物。如果能够利用好这个途径,对抗体部分进行循环回收,那基于抗体的 LYTAC 就能够达到催化活性。基于小分子的 LYTAC 是具有催化性的。
2. LYTAC 是否会像PROTAC一样具有 “HOOK” 现象?
从剂量反应曲线来看,并没有观察到这种现象,至少对于M6PR很难,因为 90% 的 M6PR 不在细胞膜表面,而且在细胞内也一直保持运动,当 LYTAC 结合M6PR 后,就可能发生内化,不断的进入细胞内部,所以很难让这种系统达到饱和。
3. LYTAC 是否会导致抗性机制?
如果你的靶标是一个对细胞来说不是必需的溶酶体转运受体,那只有细胞停止表达,细胞才会产生抗性,这也是我们对甘露糖-6磷酸受体比较感兴趣的原因。对于细胞而言,如果没有正常运作的 M6PR 系统,溶酶体中就不会有足够的溶酶体酶来进行新陈代谢,细胞功能就会严重受损。但对于癌细胞来说,仅仅关闭甘露糖-6磷酸受体是很难导致这种情况的。对于依赖于 ASGPR 的 LYTAC 系统,肝脏的健康依赖于 ASGPR 的正常运作,但是任何单一的肿瘤可能并不是如此依赖于这个系统。
4. LYTAC 是否会克服突变型 EGFR?
只要EGFR的抗原表位保持完整,抗体就可以结合,LYTAC 就能发挥作用,但如果突变阻碍了EGFR 抗原表位,或许会对 LYTAC 出现抗性。
5. 建立 LYTAC 系统可能面临的困难。
至少从化学合成的角度,制作 LYTAC 是没有困难的。而且,在结构上 LYTAC 比 PROTACs 在要求上更低,PROTACs 必须具备明确的结构定义,如果改变 Linker 的一些亚基,可能就破坏了 PROTACs 活性。





人物介绍

Carolyn Bertozzi 是斯坦福大学人类健康化学、工程和医学贝克家族主任,霍华德休斯医学研究所的研究员,她的研究重点是分析与癌症、炎症和感染相关的细胞表面糖基化变化,并利用这些信息开发诊断和治疗方法。在聚糖和生物正交化学领域有着举足轻重的地位。在2019年 Carolyn 正式进入靶向蛋白降解领域,开发了靶向细胞外蛋白和膜相关蛋白的溶酶体靶向嵌合体 LYTAC, 并成立了专注于 LYTAC 技术进行细胞外蛋白降解的的 LYCIA Therapeutics


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图1 Carolyn Bertozzi 



靶向蛋白降解领域突出性研究
3.1 第一代 LYTAC:M6Pn-LYTAC
2020年,Carolyn 课题组在 Nature 上首次提出降解细胞外蛋白的溶酶体靶向嵌合体(LYTAC)概念,初代的 LYTACs 通过将目标蛋白与低聚甘露糖-6-磷酸短肽连接来靶向细胞外和膜蛋白进行降解甘露糖-6-磷酸受体(CI-M6PR)是一种跨膜糖蛋白,也是溶酶体靶向受体(LTRs)家族中的代表性受体,90%在细胞膜和高尔基体之间循环,10%处于细胞膜,可介导蛋白质向溶酶体转运,当目标蛋白被6磷酸甘露糖(M6P)修饰后,就可能被 CI-M6PR 识别并转运至溶酶体中降解。通过初代 LYTAC,成功实现了载脂蛋白 E4、EGFR、CD71 和PD-1的降解,证明了LYTAC平台的适用性。

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图2 第一代 LYTAC 作用模式图

3.2 第二代 LYTAC: GalNAc-LYTAC

第一代 LYTAC 招募的是非特异性的甘露糖-6-磷酸受体(CI-M6PR),第二代在第一代的基础上进一步探索了其他溶酶体靶向受体的可能性,并采用了肝脏特异性摄取受体,即抗去唾液酸糖蛋白受体(ASGPR)。通过将 ASGPR 的配体和 EGFR 的抗体ctx 偶联,成功实现了肝细胞特异性的 EGFR 的降解,且不会造成肝脏细胞毒性。

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图3 第二代 LYTAC 作用模式图



成果转化

Lycia Therapeutics,Inc. 是一家成立于2019年的生物技术公司,由Carolyn Bertozzi创建,通过利用其溶酶体靶向嵌合体(LYTAC)平台来发现和开发一流的疗法,该疗法可降解驱动一系列难以治疗疾病包括癌症和自身免疫性疾病的胞外和跨膜蛋白,已于2020年三月和六月,分别完成2340万和5000万美元融资。近日,与礼来达成16亿美元合作,将利用 Lycia 公司特有的 LYATC 平台进行新型靶向疗法的开发和商业化。

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   参考文献  

1. Banik, S. M. et al. Lysosome-targeting chimaeras for degradation of extracellular proteins. Nature 584, 291–297 (2020).

2. Ahn, G. et al. LYTACs that engage the asialoglycoprotein receptor for targeted protein degradation. Nat. Chem. Biol. 28, (2021).

关于我们

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http://www.prodedrug.com

成都分迪药业有限公司是一家致力于为癌症和病毒性感染等难以治疗的疾病开发免疫新疗法药物的新药研发公司。我们专有的PRODED™ 免疫新疗法小分子药物(分子胶水——Molecular Glue)利用泛素-蛋白酶体途径诱导致病靶蛋白的降解,并激活免疫,以期治愈癌症和病毒感染性疾病。在传统蛋白降解剂的基础上,分迪药业开创性地将蛋白降解和免疫自调机制相结合,并率先将人工智能(AI)、分子模拟和药物设计等技术应用于免疫新疗法的小分子新药开发中,以加速高成药性的先导化合物的发现,快速推进免疫新疗法的“分子胶水”新药上市。

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备注】原文题目:靶向蛋白降解会议视频记录 | Carolyn Bertozzi

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