华东理工大学用纳米抗体靶向降解技术探索细胞内蛋白亚细胞功能

蛋白质降解是生物体调节细胞中蛋白质的量和活性的一种重要机制。泛素-蛋白酶体系统参与调节细胞生长、增殖、迁移、分化和死亡等重要生理或病理过程。

2004年的诺贝尔化学奖曾授予三位以色列科学家以表彰他们早期发现泛素化酶促细胞内蛋白质降解机制所做贡献。靶向蛋白降解（TPD）是一种新颖的药物研发策略，利用特异性识别的小分子或大分子，与泛素-蛋白酶体组成靶向嵌合体（PROTAC）双官能团分子，可“劫持”细胞的降解过程，从细胞中降解关键目标蛋白，以达到对细胞内关键蛋白分子操控来达到对其功效的探究。

目前普遍采用通过大规模筛选获得特异结合目标降解蛋白的化学小分子介导实现，但是其局限之处在于，需要为目标蛋白找到高亲和力的小分子配体，这对于一些“不可被靶向” （Untargetable）的蛋白来说是非常困难的。

华东理工大学生物工程学院生物反应器工程国家重点实验室马兴元教授团队，利用纳米抗体靶向降解技术探索胞内蛋白不同亚细胞功能取得了新成效，相关研究成果，近期以“A nanobody-based molecular toolkit for ubiquitin–proteasome system explores the main role of Survivin subcellular localization”为题，发表在Frontiers in Bioengineering and Biotechnology（https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.952237）杂志上。 

该研究在前期构建驼源性纳米抗体库和高通量筛选的基础上，创建了一种基于纳米抗体Survivin的分子工具包-泛素蛋白酶体系统 (Nb4A-Fc-T2a-TRIM21)，该系统可以通过泛素化途径靶向降解定位于细胞质和细胞核中的Survivin蛋白，由此来探索Survivin蛋白在不同亚细胞定位中的潜在功能，以揭示其不同亚细胞结构中的不同功能和活性，为进一步研发针对其亚细胞精准靶向的药物提供了科学依据。

目前报道的大部分的系统都是利用化学分子调控蛋白质降解，时间和空间上的分辨率差，而以抗体代替小分子靶向会造成分子量较大和透膜性差，导致的生物利用度差和成药性较差；在调控的精准性与可能的脱靶毒性方面的问题，以及在利用全抗体时的细胞高效生产和成本问题。纳米抗体（Nanobody）具有完整功能的抗原结合片段，和抗体一样可以靶向目标蛋白，并且具有分子量小、易表达、稳定性高和特异性强的优势。

本研究创建的Nb4A-Fc-TRIM21系统能够依赖泛素化靶向降解定位于细胞质和细胞核中的Survivin蛋白，且具有快速有效的优势。实验结果表明胞质中的Survivin主要通过直接或间接抑制caspase途径发挥抗凋亡作用，而胞核中的Survivin主要促进细胞增殖并参与细胞周期调控。这为深入研究Survivin蛋白的机理及发现可行有效的肿瘤药物靶点奠定了理论基础。同时，该研究也展现了纳米抗体在基础研究中的具有更广泛应用前景。

华东理工大学生物工程学院博士生苗蕙、硕士生刘畅为论文的共同第一作者，该研究也得到了上海中医药大学、新加坡国立大学和华理药学院等合作单位的大力支持和帮助；相关研究也得到了“国家重点研发计划(2018YFA0902804)和国家自然科学基金项目(31670944,81673345)的资助。

参考文献：

1. Wang, S., Xu, Y., Chan, H. F., Kim, H. W., Wang, Y., Leong, K. W., et al. (2016). Nanoparticle-mediated inhibition of survivin to overcome drug resistance in cancer therapy. J. Control. Release 240, 454–464.

2. Fan, L., Sun, G., Ma, T., Zhong, F., and Wei, W. (2013). Melatonin overcomes apoptosis resistance in human hepatocellular carcinoma by targeting survivin and XIAP. J. Pineal. Res. 55, 174–183.

3. Doudna, J. A., and Charpentier, E. (2014). Genome editing. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9. Science 346, 1258096.

4. Clift, D., McEwan, W. A., Labzin, L. I., Konieczny, V., Mogessie, B., Jameset, L. C., et al. (2017). A method for the acute and rapid degradation of endogenous proteins. Cell 171, 1692–1706.e18.