PROTAC 知多少?

PROTAC 本质
PROTAC 是一种杂合双功能小分子化合物，结构中含有两种不同配体，一个是泛素连接酶E3配体，另一个是与细胞中目标靶蛋白结合的配体，两个配体之间通过Linker 相连，从而形成“三体”聚合物——靶蛋白配体-Linker-E3 配体。然后通过E3 连接酶给靶蛋白加上泛素化标签，启动细胞内强大的泛素化水解过程，通过泛素-蛋白酶体途径特异性地降解靶蛋白。

PROTAC 原理
PROTAC 分子在进入细胞后，其结构中的目标蛋白（Protein of interest, POI）配体可特异性地与相应的靶蛋白结合，而另一端可以募集E3 连接酶从而形成POI-Linker-E3 ligase 三元复合物，其中E3 连接酶可介导泛素结合酶E2 对POI 泛素化。被泛素标记的POI 被蛋白酶体识别并降解。此过程无需靶蛋白配体长时间占据结合位点，只需三元复合物短暂的形成便可瞬时完成目标蛋白的泛素化，并且PROTAC 在细胞内可多次循环利用。

泛素-蛋白酶体途径
细胞中的很多信号通路是通过泛素-蛋白酶体途径选择性降解某些关键调控蛋白来实现调控的。细胞内每时每刻都有数以千计的蛋白泛素化过程在进行,这种对特定蛋白高度特异的识别机制主要是由E3 泛素连接酶决定的。

泛素-蛋白酶体途径（ubiquitin-proteasome pathway, UPP）：是细胞内蛋白降解的主要途径，参与细胞内 80% 以上蛋白质的降解。泛素分子在一系列酶作用下，将细胞内的蛋白质分类，从中选出靶蛋白分子，对靶蛋白进行特异性修饰的过程，形成靶蛋白多聚泛素链。这些酶包括泛素激活酶（E1），泛素结合酶（E2）、泛素连结酶（E3）等。这一过程是一个三酶级联反应。靶蛋白被泛素（多肽）标记，然后被蛋白酶体识别和降解。通过这样一个需要消耗能量的过程，细胞以高度特异方式对不需要的蛋白进行降解。值得一提的是，泛素化过程也是可逆的，泛素可被去泛素化酶（Deubiquitinase, DUB）从泛素链上去除，形成反向调节。泛素化在蛋白质的代谢、调节和降解中起重要作用，蛋白质泛素化是生物体内一种常见的翻译后修饰，同时参与细胞周期、凋亡、分化等几乎一切生命活动的调控。泛素化与肿瘤、心血管、自身免疫等疾病的发病密切相关。

泛素分子(Ubiquitin)：是一种由 76 个氨基酸组成的小蛋白。具有高度保守的序列且存在于所有已知的真核生物体中。主要功能是标记需要分解掉的蛋白质，使其被蛋白酶体降解。泛素链与蛋白底物的结合形成被蛋白酶体降解的识别信号。单独的泛素本身并没有任何生物功能，只是一种分子标记蛋白，发挥作用必须在 ATP 提供能量的前提下依靠泛素途径的相关酶
类及蛋白酶体。

蛋白酶体 (Proteasome)：26S 蛋白酶体是 ATP 依赖型蛋白水解复合体，由 2 个 19S 调节亚单位，1 个 20S 核心亚单位， 和 11S 调节因子构成；组成一种桶状结构，2 个 19S 亚单位位于桶状结构的两端，识别多聚泛素化蛋白并使其去折叠。20S 为催化亚单位，位于两个 19S 亚单位的中间，其活性部位处于桶状结构的内表面，可避免细胞环境的影响。20S 有胰蛋白酶、糜蛋白酶和谷氨酰样肽水解活性，可以裂解大多数的肽键。