方案标题： 靶向自噬的脂类降解化合物开发

检测样品：脂滴，自噬相关蛋白，化合物

检测项目：靶向脂类的化合物与自噬相关蛋白亲和力检测

应用领域： 制药

 

方案摘要：

近年来，PROTAC 等靶向蛋白降解技术通过特异性降解致病蛋白的机制，为药物开发提供了具有前景的新策略。但事实上许多非蛋白生物分子在疾病中同样是重要的致病因素，例如脂滴 (Lipid droplets, LDs) 的异常积累就会导致肥胖、心血管疾病、脂肪肝和神经变性等疾病的发生。然而，脂类与蛋白不同，它不能被泛素化，无法被 PROTACs 这样的泛素化依赖技术直接降解，这也为开发 LD 等非蛋白分子的降解技术带来了极大的挑战。

方案详情: 

2021年7月8日，复旦大学生命科学学院鲁伯埙与丁澦课题组在 Cell Research 杂志上发表文章 Degradation of lipid droplets by chimeric autophagy-tethering compounds，在其曾经发表的原创技术—自噬小体绑定化合物 (AuTophagy-TEthering Compounds, ATTECs) 的基础上，实现了将靶向降解技术从蛋白到非蛋白领域扩展的重大突破。

化合物设计

在这项研究中，团队将 LD 探针 (SIII和SIV) 与自噬相关蛋白 LC3 的结合小分子 (GW和DP) 连接，设计出了化合物 LD·ATTECs，它可以一端与 LDs 或甘油三酯（TAG）结合，另一端与 LC3-II 结合，形成三元复合物，从而使脂类被自噬体识别并降解（图1）。

图1. LD/TAG - LD·ATTEC-LC3 三元复合物的形成，及其介导脂质降解的作用机制

MST 技术应用

为了验证 LD·ATTECs 化合物与 LC3 的特异性结合，研究者通过微量热泳动（Microscale Thermophoresis，MST）技术分别检测了四种 LD·ATTECs（C1-C4）与 LC3 之间的相互作用力，精确地观测到亚微摩尔级到微摩尔级的 Kd 值。作为对照，LD 探针 (SIII 和SIV) 未检测到与 LC3 结合（图2）。

不同于其他互作技术只依赖于分子量变化检测，MST 技术可以通过结合引起的分子量、电荷及水化层的改变来表征样品间的亲和力，灵敏度高，尤其适合于小分子化合物检测。

研究结果

研究者用化合物 C1 和 C2 处理小鼠 MEF 细胞和 SH-SY5Y 细胞系，观察到 LD 显著降低，从而验证了 LD·ATTECs 可以在体外与脂滴发生特异性结合，从而显著降解脂滴。而用 Atg5 敲除的细胞系（自噬受到抑制）作为对照重复该实验没有观察到 LD 的降低，证明在前述实验组中，化合物对 LD 的降解作用依赖于自噬。

团队还观察到经过 LD·ATTECs 处理的 MEF 自噬体或溶酶体数量无显著变化，从而证明 LD·ATTEC 仅特异性地将 LD 靶向自噬小体，而不影响细胞整体的自噬水平。最后，研究者将 C3 和 C4 化合物注射到肥胖 (db/db) 小鼠模型以及非酒精性脂肪性肝炎 (NASH) 小鼠模型的体内，观察到小鼠体重下降和脂肪水平显著降低的结果，从而验证了 LD·ATTECs 的体内降脂效果。