靶向蛋白降解技术(TPD)是一种新兴的生物技术和治疗方法,其核心机制依赖于泛素-蛋白酶系统和溶酶体途径,实现对特定蛋白的高效且特异性降解。相较于传统的小分子抑制剂,TPD在剂量需求、副作用控制以及针对“无成药性”蛋白质的靶向性方面展现出显著的潜在优势。TPD技术极大程度上扩大了药物靶点的选择范围,并为解决传统小分子抑制剂无法解决的棘手问题提供了强有力的解决方案。
图示 PROTAC技术示意图(Neklesa,2017 )
E3连接酶的研究意义
E3连接酶在分子胶(Molecular Glues)和蛋白水解靶向嵌合体(PROTACs)的设计中起着至关重要的作用。分子胶通过增强E3连接酶与目标蛋白的相互作用,加速目标蛋白的降解;而PROTACs则通过引导E3连接酶与靶蛋白结合,形成三元复合体,从而触发靶蛋白的降解。因此,全面了解E3连接酶的结构特性、功能表现及其相互作用机制,是设计和优化高效分子胶与PROTACs的基础。
当前研究中,CRBN E3连接酶在2010年的研究取得了重要突破,其与IMiDs(免疫调节药物)的结合为多种蛋白质的降解奠定了基础。VHL E3连接酶的研究也标志着PROTACs技术的里程碑,改善了配体的亲和力和药代动力学特性,为疾病相关蛋白的降解提供了新机会。目前,PROTACs已成功应用于多种疾病的治疗,并有多种PROTAC分子进入临床试验,展现出显著的临床效益。
然而,针对E3连接酶的特异性抗体及研究工具仍然稀缺,这限制了该领域的进展。E3连接酶家族多样性及其在不同细胞环境和生理条件下的复杂调控,增加了开发高效、高特异性E3连接酶抗体及检测工具的难度。要推动该领域的深入研究,解决这些挑战至关重要。
E3连接酶的分类
E3连接酶根据特征域的存在和泛素转移到底物蛋白的机制,可以分为多种类型,主要包括:
HECT(homologous to E6AP C terminus)家族:
这类E3连接酶具有HECT结构域,其中保守的Cys残基可与E2携带的泛素形成硫酯键,然后直接将泛素传递给靶蛋白。
RING(really interesting new gene)家族:
RING家族的E3连接酶均含有相似的E2结合结构域,它们作为桥梁将活化的泛素从E2直接转移到靶蛋白上,但自身并不与泛素发生作用。
RBR(RING-between-RING)家族:
这类E3连接酶通过两步反应催化泛素转移,与HECT E3类似,但具有独特的结构特征。
免疫沉淀:E3-靶蛋白互作研究的重要工具
免疫沉淀(IP)技术是研究蛋白质-蛋白质相互作用的重要方法,尤其在E3连接酶及其靶蛋白的研究中发挥了关键作用。利用特异性E3连接酶的IP抗体,可以从复杂的细胞提取物中,有效富集和纯化目标E3连接酶及其相互作用的蛋白质,进而解析其功能和机制:
识别和纯化相互作用蛋白质
特异性的E3连接酶IP抗体可以有效识别并结合E3连接酶,帮助研究人员从细胞样本中提取和纯化E3连接酶及其相互作用的靶蛋白。例如,RNF128和IL-3受体的相互作用研究中,通过Co-IP实验利用特异性抗体鉴定了相互作用蛋白质,揭示了RNF128在IL-3信号传导中的调控作用。
解析蛋白质降解机制
通过免疫沉淀结合质谱分析,可以深入研究E3连接酶如何选择和降解其靶蛋白。例如,CHIP E3连接酶通过单泛素化介导PTEN进入细胞核,利用特异性抗体的IP实验帮助解析了这种非典型泛素化修饰的机制。
研究E3连接酶的结构和功能
E3连接酶家族包括多种类型,如HECT型、RING型和RBR型等,通过特异性抗体的使用,可以分别研究这些不同类型E3连接酶的结构特性和功能表现。例如,HECT E3连接酶通过两步反应将泛素转移到靶蛋白上,而RING型E3连接酶则直接从E2酶将泛素转移到靶蛋白上。
可以说,E3连接酶抗体在免疫沉淀技术中的应用极大地促进了我们对E3连接酶-靶蛋白相互作用及其降解机制的理解,为开发新的治疗策略提供了宝贵的工具和思路。
参考文献:
1、Cancer-Specific Delivery of Proteolysis-Targeting Chimeras (PROTACs) and Their Application to Cancer Immunotherapy. doi.org/10.3390/pharmaceutics15020411
2、Neklesa, T.K.; Winkler, J.D.; Crews, C.M. Targeted protein degradation by PROTACs. Pharmacol. Ther. 2017, 174, 138–144.
3、Yuan Liu et al. Expanding PROTACtable genome universe of E3 ligases. Nature Communications(2023)
这次精心挑选了50余种具有代表性的E3连接酶抗体,确保了对关键靶点的覆盖。这些抗体经过严格筛选与验证,具备高度的特异性和亲和力,能够精准识别并捕获目标E3连接酶及其相互作用蛋白,为IP实验提供可靠保障。
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