Targeting the Spliceosomal Protein USP39 Through Allosteric Ligands and PROTAC‐Induced Degradation

变构调节 剪接体 蛋白酶体 泛素连接酶 RNA剪接 细胞生物学 化学 泛素 生物化学 蛋白酶 生物 三元络合物 选择性拼接 锌指 蛋白质水解 蛋白质降解 药物发现 血浆蛋白结合 泛素蛋白连接酶类 机制(生物学) 解旋酶 基因沉默 作用机理 DNA连接酶 物候学 多嘧啶束 生物信息学 可药性 计算生物学 HEK 293细胞 基因表达调控 合成致死 生物发生 基因表达 癌细胞
作者
Daniel Schäfer,Cristian Prieto‐Garcia,Jianhui Wang,Marcel Heinz,Vigor Matković,Pavel Kielkowski,Sebastian Hasselbeck,Varun Jayeshkumar Shah,S. Knapp,Gerhard Hummer,Ivan Đikić,Xinlai Cheng
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e16809-e16809
标识
DOI:10.1002/anie.202516809
摘要

Abstract The precise regulation of gene expression is fundamental to cellular homeostasis and diversity. Dysregulation of splicing has been implicated in a range of diseases, including cancer and neurodegeneration. Ubiquitin‐specific protease 39 (USP39), an essential spliceosome component lacking enzymatic activity, has remained an elusive target for pharmacological intervention. Here, we report the discovery of small‐molecule ligands that selectively engage with USP39 through a thiazole scaffold, primarily interacting with its zinc finger domain. Guided by AlphaFold‐based structure–activity relationship studies, we designed and optimized proteolysis‐targeting chimeras (PROTACs), culminating in the development of USP39_PROTAC_V1, which harnesses the von Hippel–Lindau (VHL) E3 ubiquitin ligase for targeted degradation. Biophysical and biochemical assays demonstrated potent ternary complex formation and nanomolar‐range binding affinities. In cellular models, USP39_PROTACs achieved efficient degradation of USP39 at concentrations as low as 1 nM, with minimal off‐target effects as confirmed by proteome‐wide profiling. Mechanistic studies revealed that degradation was dependent on VHL recruitment and was abrogated by proteasome or neddylation inhibition. Notably, USP39 depletion recapitulated 5′‐splice‐site‐specific splicing patterns previously described, thereby validating both the mechanism of action and the therapeutic relevance of this approach—particularly for modulating splicing‐associated disease pathways such as cancer and retinitis pigmentosa.
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