——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
9月10日，國際學(xué)術(shù)期刊Nature Biotechnology在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）姜海研究組聯(lián)合廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院鄧賢明教授團(tuán)隊(duì)的最新研究成果：“A rapid imaging-based screen for induced-proximity degraders identifies a potent degrader of oncoprotein SKP2”。該研究開發(fā)了蛋白降解劑的新型高通量篩選平臺，并成功運(yùn)用該體系發(fā)現(xiàn)了靶向泛素連接酶STUB1的新型分子膠降解劑，實(shí)現(xiàn)對腫瘤驅(qū)動蛋白SKP2的高效清除。
在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，很多具有明確醫(yī)學(xué)意義的疾病驅(qū)動蛋白屬于傳統(tǒng)認(rèn)知中的"難以成藥"類型——這類蛋白因缺乏酶活性中心等可靶向的結(jié)構(gòu)特征，一直以來都是抑制劑設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。此類靶點(diǎn)對應(yīng)著大量未被滿足的臨床需求，而現(xiàn)有靶向藥物卻極為匱乏。針對這一難題，通過分子膠降解劑誘導(dǎo)其靶向降解正成為關(guān)鍵突破路徑：該技術(shù)無需靶點(diǎn)蛋白具備明確結(jié)合口袋，僅借助靶點(diǎn)與細(xì)胞內(nèi)降解機(jī)器（如E3泛素連接酶）的界面相互作用即可觸發(fā)降解，對蛋白結(jié)構(gòu)特性要求顯著降低，被視為攻克"不可靶向"靶點(diǎn)的核心策略。分子膠降解劑也已成為學(xué)界與工業(yè)界近年的研發(fā)焦點(diǎn)。
然而，該領(lǐng)域長期受制于一個(gè)關(guān)鍵瓶頸：分子膠降解劑的發(fā)現(xiàn)高度依賴偶然性，缺乏系統(tǒng)高效的篩選體系。為破解這一難題，姜海研究組開發(fā)了新型高通量篩選平臺。降解劑篩選方法的困境在于：化合物誘導(dǎo)目標(biāo)蛋白降解的本質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)的微觀分子事件，本身不產(chǎn)生可直接觀測的宏觀表型。對此，姜海團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種低成本、易操作的自動化篩選體系——通過將疾病靶點(diǎn)蛋白與條件性自殺蛋白FKBP12 F36V-CASP9融合，并利用病毒載體構(gòu)建穩(wěn)定表達(dá)細(xì)胞系。該設(shè)計(jì)的核心邏輯是：當(dāng)條件性自殺蛋白被激活時(shí)，細(xì)胞將在數(shù)小時(shí)內(nèi)完全死亡；而若篩選化合物能成功降解目標(biāo)蛋白（連帶降解與之融合的自殺蛋白），則細(xì)胞在加入激活劑前已無自殺蛋白存在，可維持正常存活。由此，原本不可見的蛋白降解過程被轉(zhuǎn)化為清晰的"死亡-存活"宏觀表型，通過384孔板的自動化明場成像，即可發(fā)現(xiàn)具有細(xì)胞存活的細(xì)胞孔并鎖定潛在降解劑，再通過Western blot等技術(shù)驗(yàn)證。基于這一DEFUSE（DEath FUSion Escaper）篩選體系，研究人員可在一周內(nèi)完成上萬個(gè)化合物對數(shù)十個(gè)靶點(diǎn)蛋白的篩選，不僅大幅提升了效率，更以低成本、高靈敏度特性為蛋白靶向降解研究提供了通用工具。
利用該體系，姜海團(tuán)隊(duì)與鄧賢明團(tuán)隊(duì)合作，從化合物庫中篩選出腫瘤驅(qū)動蛋白SKP2的小分子降解劑SKPer1。深入研究表明，SKPer1屬于新型分子膠降解劑，其作用機(jī)制是通過介導(dǎo)SKP2與泛素連接酶STUB1的空間鄰近，進(jìn)而引發(fā)SKP2的泛素化降解。實(shí)驗(yàn)顯示，SKPer1能特異性殺傷SKP2高表達(dá)的癌細(xì)胞系，在小鼠腫瘤模型中同時(shí)表現(xiàn)出良好的安全性與顯著抑瘤效果。
該研究為"不可成藥"的SKP2靶點(diǎn)提供了全新拮抗策略和藥物開發(fā)路徑，并將廣譜表達(dá)的泛素連接酶STUB1引入分子膠降解領(lǐng)域，拓展了降解機(jī)器的應(yīng)用范圍。該研究還開發(fā)了一種基于SKP2序列的10氨基酸短肽標(biāo)簽——將該標(biāo)簽與MYC、KRAS等靶標(biāo)蛋白融合后，SKPer1可將其定向招募至STUB1附近實(shí)現(xiàn)降解。這一標(biāo)簽技術(shù)為蛋白降解研究及基因功能探索提供了便捷工具。
分子細(xì)胞卓越中心姜海研究員和廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院鄧賢明教授團(tuán)隊(duì)為該論文的共同通訊作者。分子細(xì)胞卓越中心博士后褚衍凱、博士生陳奭爽、陳寅、方慧玲及廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生陽明洋為論文的共同第一作者。該研究得到分子細(xì)胞卓越中心化學(xué)生物學(xué)技術(shù)平臺、細(xì)胞分析技術(shù)平臺、分子生物學(xué)技術(shù)平臺和動物實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺的支持。該項(xiàng)研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金等的資助。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41587-025-02793-8
高通量篩選平臺示意圖
