Nat. Chem. Biol. | 一种新开发的化学临近诱导剂在活体中的应用

分享一篇发表在Nature Chemical Biology上的文章“Mandipropamid as a chemical inducer of proximity for in vivo applications”，通讯作者是来自德国海德堡大学及马普医学研究所的Richard Wombacher，他的主要研究方向是开发小分子探针在活细胞内选择性标记生物分子的方法及该类方法其在生物物理学中的应用。在本文中，他们开发了一种基于农业杀菌剂分子的化学临近诱导剂。

蛋白质接近性（Protein Proximity）是细胞中的关键调控机制，可以调节诸多生理过程，对维持细胞完整性和组织细胞反应至关重要。通过化学诱导的蛋白质接近直接以控制蛋白质相互作用，在细胞生物学和合成生物学以及治疗应用中都具有巨大的潜力。低毒性、生物正交性和高细胞渗透性是化学邻近诱导剂 (Chemical Inducers of Proximity, CIP) 的重要标准。CIP 通常是一些类似药物的小分子，通过介导特定受体和受体结构域之间的相互作用来诱导蛋白质接近，并已在生物学中获得广泛应用，如信号转导、蛋白易位、蛋白降解和聚集等等。开发生物正交的、易合成且组织渗透性好的新型CIP是目前研究者关注的重要领域。

基于植物激素的CIP就是一类备受瞩目的分子，因为其来源对植物蛋白起作用，而植物蛋白在动物体内不存在，因此通常与哺乳动物细胞中的过程完全正交。例如赤霉酸 (gibberellic acid, GA ) 及脱落酸 (abscisic acid, ABA) 在分别与它们的二聚化结构域GID1/GAI和PYL/ABI 结合后可诱导蛋白质-蛋白质相互作用。在本文中，作者基于先前的研究，开发了农业杀菌剂Mandi与ABA受体突变体 PYR Mandi的特异性相互作用系统。该突变受体与ABA没有反应而对Mandi有响应，且Mandi 化学结构简单，其衍生分子能够廉价且容易地获得，分子的低极性也赋予了它较好的细胞和组织渗透特性。

作者首先表征了Mandi作为CIP的反应特性，并将其与现有的CIP系统进行定量比较。基于荧光标记融合蛋白的共定位分析，证明Mandi 可以在哺乳动物细胞中快速诱导蛋白质接近，蛋白易位所需诱导时间明显小于其他先前的CIP系统。随后以斑马鱼胚胎为材料，验证了Mandi 诱导的体内蛋白质二聚化。在仅500 nM 的浓度下，Mandi 注射进入胚胎后在数分钟内成功诱导了不同亚细胞靶标的蛋白质共定位。

随后，作者设计了一个基于不同 CIP 系统的多输入蛋白质易位系统，以将该CIP体系用于合成生物学遗传电路逻辑门的设计。合成生物学中的一个主要挑战是模拟复杂且高度动态的细胞内蛋白质网络，并通过外部刺激进一步操纵它们的调节过程。具体来说，Mandi 系统可以与基于GA和ABA的 CIP 系统结合使用。Mandi 与 GA完全正交,而与ABA有相同的招募接收域 ABI，因此可用于创建合成多输入系统，这是以前只能使用双融合结构才能实现的高级应用程序的强大工具。在Mandi与ABA联用的系统中，作者还使用了合成拮抗剂 revABA解决多个受体和接收器之间竞争性相互作用的限制，revABA可作为选择性抑制 ABI 和 PYL 之间相互作用的抑制剂。因此ABA、revABA 和 Mandi 的连续添加允许细胞溶质接收器在线粒体和波形蛋白丝之间高效穿梭。

总得来说，作者开发并证明了 Mandi 化学邻近诱导剂系统作为控制蛋白质定位和蛋白相互作用通用技术的潜力，该方法是对当前现有 CIP 技术的有力补充。

本文作者：FTY
责任编辑：WQW

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41589-021-00922-3

原文引用：DOI: 10.1038/s41589-021-00922-3