【タンパク質デザイン】PROTACのデノボデザイン事例を紹介

論文タイトル

De novo designed bifunctional proteins for targeted protein degradation

出典

De novo designed bifunctional proteins for targeted protein degradation
Targeted protein degradation (TPD) is a therapeutic strategy to remove disease-causing proteins by routing them to the ubiquitin-proteasome, autophagy, or lysos...
www.biorxiv.org

要旨

de novo 設計した小型タンパク質を タンパク質版 PROTAC として使い、BCL-xL を細胞内で分解し、アポトーシスを誘導できることを実証した論文です。

解説など

筆者らは、本論文でタンパク質性 PROTAC のデノボ作製を試みています。

PROTAC は、分解対象となる標的分子と、標的分子のユビキチン修飾を担うE3リガーゼを近接させる “molecular glue” です。本論文では標的分子として分解により細胞のアポトーシスを誘導 BCL-xL を、E3 リガーゼとして KLHL20 を選択しています。

分子設計は、

  1. PROTAC のスキャフォールド選定
  2. BCL-xL バインダーの設計
  3. KLHL20 バインダーの設計

の３ステップで進行します。

スキャフォールドの設計

筆者らは、PROTAC のスキャフォールドとしてデノボ性の sc-apCC-2 というタンパク質を利用しました。これは 67アミノ酸残基から成るhelix–loop–helix 構造です。筆者らは coiled-coil 構造をもつタンパク質の合理設計を長年研究対象としており、そこから生まれた単鎖構造です。sc-apCC-2はループとヘリックス外面を独立に機能化できることが特徴で、これが PROTAC の機能設計に役立ちます。

BCL-xL バインダーの設計

以下の手順で設計しています。

  1. BCL-xLに結合するBH3モチーフをスキャフォールドのヘリックス部位にグラフティング
  2. ProteinMPNNで界面を拡張
  3. AlphaFold2で構造予測
  4. Rosetta dG / Shape Complementarity で選抜

KLHL20バインダーの設計

数あるE3リガーゼの中でKLHL20を標的に選んだ理由は、SLiMと呼ばれる短い線形モチーフで結合することが知られているためです。このモチーフをスキャフォールドのループ部位に挿入しました。その後 ProteinMPNNで周辺配列を最適化しています。

本設計から、クローナルスクリーニングが可能なデザイン数のみで PROTAC としての性質を有するタンパク質の同定に成功しています。従来の合理設計アプローチを近年のAIモデルが補助していると捉えることができる研究です。