Welcome to HitGen

新闻动态

同心共筑,同行共赢,在这里您将了解先导最新的进展和活动

  1. 新闻动态
  2. 媒体报道

【前沿】DEL技术或将加速PROTAC的发展 发布时间:2020-12-24

 12月14日,专注于开发蛋白降解疗法的美国生物制药公司Arvinas公布了其在研蛋白降解剂ARV-471和ARV-110的积极临床数据,这些数据进一步显示了PROTACs在临床应用上的巨大潜力,Arvinas股价以暴涨95%收盘,当时市值达到23.67亿美元。截止12月21日,公司市值约33.79亿美元。


对于蛋白降解药物研发领域来说,2020年是其爆发式起步的关键年,国内生物医药公司跑步式进入PROTAC领域,资本市场也表现出极大的兴趣。PROTAC(Proteolysis - Targeting Chimera)是一种双功能小分子化合物,该小分子化合物类似一个哑铃,一端是结合靶蛋白的配体,另一端是结合E3泛素连接酶的配体,配体之间通过一个小分子linker连接形成复合物,它将拉近靶蛋白与E3连接酶从而促进靶蛋白的泛素化,使其进入泛素-蛋白酶体降解途径(如图1),从而选择性地降低靶蛋白的浓度水平,实现治疗疾病的目的。


1.jpg

图1 PROTAC降解靶蛋白的过程图

(来源:C&EN深度-蛋白靶向降解技术正在重定义小分子药物)

与传统分子类型相比,PROTAC具有突出优势,例如用量小、低毒性、耐药性好及可靶向传统难以成药的靶点。作为一种新的药物设计策略,理论上可以将细胞内任何过表达和突变的致病蛋白清除,从而治疗疾病。

2.png

表2 不同分子类型优劣势比较

(来源:PROTAC技术——破解不可成药靶点神器)

PROTAC的研究历程并不长,从出现到如今大热仅20余年时间。2001年前后,PROTAC领域第一个概念性的文献发表出来,2004年泛素化介导的蛋白降解机制的相关基础研究工作获得了诺贝尔化学奖,2015年James Bradner 团队发现了基于沙利度胺类似物的PROTAC分子,并且使用PROTAC降解了传统上非常难以靶向的蛋白靶点-dBET转录因子,但真正掀起PROTAC研究开发热潮也仅仅是近两年时间(如图2),因此Arvinas研发的ARV-471的明确疗效信号对于整个PROTAC领域而言意义重大,其后续临床进展也将引领PROTAC走向更远的未来。

3.jpg

表3 2001~2020年PROTAC相关文献发表量

(来源:Web of Science)

得益于近年来蛋白降解领域的底层技术屡获突破,该领域内融资及合作非常活跃。辉瑞、罗氏、葛兰素史克、默沙东、拜耳等多家全球性药企已就PROTAC技术与不同的业内公司达成了十几项合作,投入数十亿美元布局这一前沿领域。例如今年1月,Nurix同赛诺菲达成了25亿美元的战略合作;5月,Vividion宣布与罗氏达成数十亿美元的全球独家许可协议;12月,艾伯维宣布与Frontier Medicines达成超10亿美元合作。


PROTAC技术尚处于早期研发阶段,不仅获得海外青睐,同时也引起国内众多药企的关注。药融云数据(www.pharnexcloud.com)显示,目前恒瑞医药(600276.SH)、丽珠集团(000513.SZ)、开拓药业(09939.HK)、成都海创药业、领泰生物、杭州多域生物、嘉兴优博生物、美志生物、恩瑞医药、凌科药业、五元生物、上海睿因、石药集团、同源康、分迪科技等都已经布局PROTAC领域,可以预见国内该领域的市场正逐渐升温。

1618463110127589.png4.png

表4 近两年全球关于PROTAC的合作

(来源:药融圈数据团队整理)

PROTAC的挑战在于找到合适的配体及确认复合物形成

要靶向所谓的“不可成药”靶点,最大的挑战在于如何找到合适的配体。找到潜在的配体之后,通过Linker将E3泛素连接酶的配体和靶蛋白的配体组装起来进行优化,在保证降解活性的同时,改善水溶度和分子量等理化性质以提高成药性。但在现有的技术中,这样的优化过程将耗费巨大的成本和时间。


DNA编码化合物库技术则能较好解决配体筛选及优化困难的问题。

DEL+PROTAC的特点在于充分发挥DNA编码化合物库技术筛选小分子化合物的高通量优势,从而发现可以调控E3连接酶活性和靶蛋白水平的高潜力小分子化合物,针对同一个E3连接酶或靶点蛋白,DEL技术平台可以进行多次平行筛选,解决同一E3连接酶可能存在的不同构象的问题。DNA编码化合物库可以拥有上千亿容量的分子,庞大的分子库保障了小分子结构的多样性和新颖性,基于亲和性筛选的模式也保证了靶蛋白和配体间存在较好的结合力。同时DNA编码化合物的结构组成与蛋白降解药物的三元复合物结构类似,使得筛选更能模拟真实状态。

图片

图5 DNA编码化合物库技术应用于PROTAC配体筛选

纳斯达克上市公司Kymera Therapeutics是一家致力于使用靶向蛋白质降解疗法为患者创造突破性药物的先驱,其独有的Pegasus平台优势在于建立了E3连接酶图谱,在对E3连接酶的选择上能够趋吉避凶,精准制导。2020年1月15日其宣布与成都先导达成了新药研发合作,利用后者的DNA编码化合物库技术加速寻找到高潜力的蛋白降解剂分子。作为科创板上市企业,成都先导拥有亚洲最大的小分子化合物库,库容量超5000亿,由900多种高成药性化学结构母核定制而成,其覆盖了绝大多数成药化合物的化学空间,是理想的配体寻找技术。


在解决了配体寻找困难的问题后,要想PROTAC分子能够有效实现对靶蛋白的降解,其中一个必要和重要的环节是PROTAC分子需要有效地形成【靶蛋白-PROTAC分子-E3泛素连接酶】的三元复合物(如图3左)。目前报道最广泛的PROTAC分子评价手段是通过Western Blot的细胞评价,相对周期较长、通量低,加上潜在的化合物透膜性影响,无法高效地反映三元复合物形成,从而使PROTAC分子的优化变得困难。引入DEL技术之后,DEL筛选的测序结果实际上可反映DEL化合物与筛选蛋白结合的数量,如果在筛选过程中同时引入靶蛋白和E3蛋白,其直接测序结果理论上反映的是【靶蛋白-PROTAC分子-E3泛素连接酶】三元复合物的数量,因此在理论上可通过DEL筛选的方法直接反映三元复合物的稳定性,从而预测PROTAC分子在蛋白降解上的实际表现。据成都先导在公开会议上介绍,其已构建了蛋白降解的DNA编码化合物库,其中包含了多种E3连接酶结合化合物、不同种类的Linkers、以及具有多样性的分子库来验证这一假设。

image.png

图6【靶蛋白-PROTAC分子-E3泛素连接酶】的形成与DEL筛选的关系

首先,成都先导选用CRBN和BRD4作为相应的E3连接酶和靶蛋白,对蛋白降解DEL库进行了筛选,其针对性地选取了4个具有不同信号强度的分子,进行了off-DNA重合成和Western Blot验证,发现化合物的DNA测序读值确实与蛋白降解能力之间存在正相关性。与传统蛋白降解小分子优化策略不同的是,DEL技术能够通过筛选结果的信号强弱提供结构信息与实际降解效率之间的关系,加速蛋白降解小分子的优化过程,同时能通过DEL获得完全新颖的靶蛋白结合化合物,且PROTAC分子具有可专利性权(图6,具体的BRD4结合小分子未披露,但通过分子多样性比较,证明可识别完全新颖的化合物结构)。

1618463475721729.png

图7 新颖CRBN-BRD4蛋白降解剂的发现

应用DEL+FBDD+SBDD组合技术或将加速PROTAC的发展

DNA编码化合物库技术能够缩短高潜力PROTAC分子发现周期,同时结合FBDD技术及SBDD技术则能更好地发挥技术优势。

FBDD技术适用于分子片段与蛋白的相互作用研究,是小分子化合物发现的主流方法之一。它利用核磁共振技术、表面准粒子共振技术、X-射线单晶衍射等方法筛选出与靶蛋白相互作用的小分子片段,再基于小分子的结构信息对活性片段进行优化,进而得到更高活性的小分子化合物用于新药的研发。一方面,由于FBDD小分子的分子量低(通常<250道尔顿),结构简单,只需要较短的时间就能够发现蛋白质表面独特的亚活性结合位点;另一方面,筛选到的小分子化合物质量高,便于药物后续的结构改造与优化。


SBDD技术则是从靶蛋白和配体的共晶三维结构出发,以结构生物学为基础的药物设计。靶蛋白的三维结构,通常可以通过X-射线晶体学、核磁共振或同源蛋白质结构预测等方法得到。而后可以通过实验测定或用分子建模计算出候选靶蛋白与配体间的相互作用,在此基础上进行理性药物设计。


FBDD技术/SBDD技术与DEL技术存在很强的技术互补性,尤其在分子片段活性提升和先导化合物优化方面。FBDD技术可以快速对靶点进行成药性评价,并且可以快速得到具有亲和力的分子片段。DEL技术能够快速扩展分子片段库,探索分子片段所代表的成药化学空间,在分子片段的基础之上进行PROTAC分子的优化。


2020年12月,成都先导宣布以2668万美元完成对英国Vernalis的并购,获得后者的FBDD技术/SBDD技术用以协同其核心的DNA编码化合物库技术。Vernalis成立于1997年,是全球较早以基于结构的药物设计(SBDD)和基于片段的药物设计(FBDD)技术为核心的生物技术公司,与Asahi Kasei Pharma、Lundbeck、Servier等多个国际药企联合开发了Mcl-1、A2AR、Bcl-2及Hsp90等临床候选化合物,是全球该技术领域具有实战经验的领军企业。


可以预测,先进技术与传统技术的融合将进一步增强DEL技术的应用效率,形成的多元化平台有助于推动PROTAC技术突破瓶颈。


PROTAC将成为国内下一个热潮

与传统的小分子、生物药相比,PROTAC技术最动人的地方莫过于能够对致病蛋白选择性降解清除,根据公开资料显示,其在体外实验中对耐药及突变致病蛋白构建的一些肿瘤细胞都有非常意想不到的效果,此外还发现其可有效抑制肿瘤细胞的迁移和转移。对于“难成药”靶点,PROTAC带来了新的可能性。


虽然 对于PROTAC药物来说尚有诸多需要继续研究的方面,例如成药性,脱靶降解,药效研究,评价体系的建立,耐药性的产生和克服方法等,但这无法阻挡国内企业的热情。进入PROTAC领域的生物技术公司,制药企业及CRO不在少数,以PROTAC为核心的原料、设备、人才及技术服务将诞生一个新的细分市场。

联系我们

业务咨询与服务
提交此表格即表示我同意成都先导可以按照隐私政策说明中所述的方式收集、处理我的数据。

为了使您在浏览本网站时获得最佳的体验,您需同意我们对Cookies的使用。想要了解更多有关于Cookies的信息,请阅读我们的 隐私政策。