In-Cell Approach to Evaluate E3 Ligases for Use in Targeted Protein Degradation

化学 泛素 降级(电信) 蛋白质降解 计算生物学 细胞 细胞生物学 生物化学 基因 计算机科学 电信 生物
作者
Yunan Zheng,Anamika Singh,Zeqi Niu,Violeta L. Marin,Jonathon Young,Paul L. Richardson,Marcus L. Hemshorn,Richard B. Cooley,P. Andrew Karplus,Kedar Puvar,Scott E. Warder,Anil Vasudevan,Justin M. Reitsma,Ryan A. Mehl
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (25): 21560-21574 被引量:17
标识
DOI:10.1021/jacs.5c02741
摘要

A major challenge in evaluating the suitability of ∼700 known and putative E3 ligases for target protein degradation (TPD) is the lack of ligase-specific binders. Here, we use genetic code expansion (GCE) to express in living cells an E3 ligase with a site-specifically encoded, tetrazine-containing noncanonical amino acid (Tet-ncAA). Then, using click chemistry, we conjugate the incorporated Tet with a strained trans -cyclooctene (sTCO) tethered to a neosubstrate protein binder. The resulting covalent E3 ligase–binder construct can then be evaluated for the TPD of the neosubstrate. We first demonstrate that cereblon (CRBN) has a rather high plasticity for TPD by studying CRBN containing Tet-ncAA at a variety of surface positions. When these CRBN forms are covalently tethered to an sTCO-linker-JQ1 reagent, they all successfully recruit BRD2/4 for degradation, with the efficiency depending on the placement of the Tet-ncAA and the linker length. The results highlight the ability of this approach to map E3 surfaces and identify optimal TPD interfaces and pockets. Applying this strategy to speckle-type POZ protein (SPOP), an E3 ligase with no known specific ligand, we demonstrate that multiple sites on its surface can support TPD, revealing the potential for PROTAC-type development. This E3-ligand-free degrader (ELF degrader) platform preserves the native state of E3 ligases, enables the interrogation of any E3 surface region in live cells, and is applicable to a broad range of E3 ligases. ELF degraders represent a versatile approach to define functional degron sites, guide degrader design, and unlock new E3 ligases, those without known ligands, for therapeutic applications.
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