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PROTAC技术在开发动物模型中的应用

发布时间:2020-05-14 16:10:59 | 来源:【药物研发团队 2020-05-14】
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蛋白质敲低的动物模型是用于研究靶基因功能性丢失的后果的有力策略。这些动物在基础研究和新药发现上一直扮演着重要角色。

基因编辑技术能够让人类对目标基因进行“编辑”,实现对特定DNA片段的敲除、加入等。而CRISPR/Cas9技术自问世以来,就有着其它基因编辑技术无可比拟的优势,技术不断改进后,更被认为能够在活细胞中最有效、最便捷地“编辑”任何基因。

传统上,研究基因功能性丢失的后果主要通过遗传修饰,如RNA干扰、转录活化剂样效应核酸酶、基于重组的基因敲除等。CRISPR-Cas9系统和其它基因组编辑策略作为一种生物敲低策略在动物模型开发中发挥了重要作用。

虽然CRISPR/Cas9技术被使用得越来越多,用于蛋白质敲低的常规遗传修饰方法也非常成功。但是,这些技术和方法在一定程度上无法控制基因功能的急性和可逆性变化。而且,潜在的遗传补偿在基因敲除模型中会产生自发突变的并发症,这可能会误导结果。此外,不仅许多基因的缺失还导致动物的胚胎致死,而且将这些策略应用于大型动物仍具有很大的挑战性,特别是在那些在基础研究和新药发现中一直扮演着重要角色的非人灵长类动物中。由于缺乏用于在成年动物中实现蛋白质敲低的有效技术,特别是对于诸如非人类灵长类的大型动物中实现蛋白质敲低的有效技术,使相关科学研究的发展受到制约。

蛋白降解靶向嵌合体(PROTACs)使用一个“连接器”(Linker),一端连接目标蛋白的抑制剂,另一端连接E3泛素连接酶的结合配体分子。

PROTAC代表了一种化学敲低策略,PROTAC分子将目标蛋白与E3连接酶拉拢,使得E3可以泛素化标记目标降解蛋白,然后通过蛋白酶体降解目标蛋白。

Crews博士研究组第一个报道基于多肽的PROTAC的开发,随后,越来越多研究者致力于通过PROTAC技术成功降解其感兴趣的蛋白质。目前,PROTAC主要用于发现新的抗癌剂,因为它们具有优于经典抑制剂的独特优势。但截至目前,这种化学敲低新策略尚未用于大型动物模型中去实现全局蛋白质敲低。

与人类密切相关的模式物种恒河猴是一种独特的模型,常用于研究其类人基因组导致的各种疾病,环境因素的可控性以及实时监测代谢表型。然而,尚不清楚PROTAC是否在非人灵长类动物中发挥作用。

近期报道了一种基于PROTAC技术的化学方法,该方法在体内有效且快速地敲除FKBP12蛋白。腹膜内和口服给药均导致小鼠的FKBP12快速、稳健和可逆的降解。在大型和小型动物(小鼠、大鼠、巴马猪和恒河猴)中均成功地证明了该方法的效率和实用性。此外,这种方法还可用于有效地敲除其它目标蛋白,如布鲁顿酪氨酸激酶(BTK)。

綜合目前体内蛋白质降解的研究成果,表明PROTAC方法可用于在蛋白质水平上建立动物敲低模型。这种方法只需几天的给药即可实现蛋白质敲低。该技术大大减少了建立临床前研究动物模型的时间和成本,特别是对于较大的非人类哺乳动物模型,开发出一种用PROTAC全局敲低目标蛋白的化学方法。它是一种新颖、快速和有效的方法,用于产生蛋白质耗竭的动物模型,如小鼠、大鼠、猪和恒河猴。此外,该策略还可以通过脑室内注射(i.c.v.)给药实现大脑中的目标蛋白质敲低。当口服给予PROTAC时,这种方法也非常有效。停用PROTAC后,FKBP12蛋白水平在一定时间内恢复。该模型适用于自我控制的生物医学研究,通过化学策略将FKBP12敲低的小鼠和恒河猴表现出Ca离子流失和Ca离子增加心肌细胞产生火花,从而导致心脏功能障碍。因此,可以开发这些模型用于心脏药物筛选。另外,该方法也可以应用于其它目标,例如BTK。对于那些没有充分记录的特异性结合物的靶蛋白,开发PROTAC可能是一个挑战。然而,由于配体只需与靶蛋白具有较低亲和力就足以应用PROTAC进行蛋白降解。

PROTAC策略将提供更多实现有效蛋白质敲低的方法。总而言之,PROTAC有望作为现有工具的补充方法,以快速、可控和可逆的方式用于体外和体内研究。


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