前言 2026 年 2 月,美国得克萨斯大学西南医学中心等机构的研究团队在《The EMBO Journal》(Volume 45 | Issue 3)在线发表了题为 “Bacterial ubiquitin ligase engineered for small molecule and protein target identification” 的研究论文,团队基于军团菌 SidE 泛素连接酶开发出模块化邻近连接技术 SidBait,为小分子和蛋白质靶标鉴定提供了新工具。 文章主要内容 研究团队基于军团菌 SidE 泛素连接酶开发出名为SidBait的模块化邻近连接技术,该技术突破传统泛素化依赖 E1-E2 级联的限制,通过改造 SidE 的 ART 和 PDE 结构域实现对小分子和蛋白质靶标的共价捕获与鉴定;团队先利用已知小分子 - 蛋白相互作用验证了技术有效性,发现乳腺癌药物瑞博西尼(ribociclib) 的脱靶蛋白CaMKII并通过结构分析和活性实验证实其能结合 CaMKII 活性位点并抑制其功能,还定制化 SidBait 鉴定出军团菌效应蛋白RavB的靶标为 F - 肌动蛋白加帽蛋白CapZ,揭示 RavB 通过变构结合 CapZ 实现肌动蛋白脱帽的作用机制;此外,该技术可在细胞裂解液、酵母、动物组织及非洲爪蟾胚胎等多种体系中应用,还通过 SpyTag-SpyCatcher 系统解决了诱饵蛋白表达的局限性,最终证实SidBait是鉴定小分子和蛋白质靶标的可靠工具,兼具模块化、共价连接低背景、实验参数可调等优势。 研究内容概览 核心技术:SidBait 的开发与构建
利用 SidE 的 PDE 域底物特异性低、ART 与 PDE 活性可解耦的特点,构建模块化融合蛋白,实现对小分子 / 蛋白质邻近靶标的共价捕获,命名为SidBait。
构建6xHis-Ub-Avi-SNAP-Ub融合蛋白(Ub 的二甘氨酸基序突变为二丙氨酸,避免被宿主泛素化机制识别),与 SidE 的 ART 域(SdeA⁵¹⁹⁻¹¹⁰⁰)和生物素连接酶 BirA 在大肠杆菌中共表达,经 Ni-NTA 纯化后,通过完整质谱证实融合蛋白被2 个 ADP - 核糖修饰和1 个生物素标记,即为成熟的 SidBait;其中 SNAP 标签可共价偶联含氯嘧啶(CLP)的小分子,Avi 标签用于亲和纯化。 3. 技术核心流程
SidBait 的验证:已知小分子 / 蛋白相互作用的验证
合成alisertib、BI2536、dasatinib的 CLP 衍生物,分别与 SidBait 偶联后孵育细胞裂解液,LC-MS/MS 成功富集到三种药物的已知靶标(AURKA/ACAD10、PLK1/BRD4、SRC/ABL2),且游离药物可竞争性抑制探针与靶标的结合,证实技术的特异性。
将 SidBait 的 SNAP 标签替换为Tpx2¹⁻⁴³、HopBF1、p38β,孵育 HEK293 裂解液后,成功富集到各自的已知互作蛋白(AURKA、HSP90、MAP2K4),证实技术可用于鉴定蛋白 - 蛋白相互作用,包括酶 - 底物相互作用。 SidBait 的新发现:小分子脱靶与细菌效应蛋白靶标鉴定
利用 SidBait 鉴定临床批准的 CDK4/6 抑制剂瑞博西尼(ribociclib) 的靶标,在 HEK293、心肌细胞、MCF7 裂解液中均富集到CaMKII 亚型,优化孵育时间(72h)后也能富集到预期靶标 CDK4。
① 体外活性实验:瑞博西尼抑制 CaMKIIδ 的IC50=153nM,而抑制 CDK4/6 的 IC50 仅为 2nM; ② 细胞实验:瑞博西尼可抑制心肌细胞内源性 CaMKII 活性,且使心肌细胞搏动率显著下降; ③ 结构分析:解析 CaMKIIδ 激酶域与瑞博西尼的共晶结构(分辨率 2.35Å),证实瑞博西尼结合 CaMKII 的活性位点,与 CDK6 的结合模式相似,Leu92(CaMKII)替代 His100(CDK6)是其结合亲和力较低的原因。
瑞博西尼治疗乳腺癌患者出现的心血管副作用(如长 QT 综合征),或与 CaMKII 的抑制相关,为药物优化提供了方向。 研究结论与意义
参考文献 Ye JS, Majumdar A, Park BC, Black MH, Hsieh TS, Osinski A, Servage KA, Kulkarni K, Naidoo J, Alto NM, Stratton MM, Alfandari D, Ready JM, Pawłowski K, Tomchick DR, Tagliabracci VS. Bacterial ubiquitin ligase engineered for small molecule and protein target identification. EMBO J. 2026 Feb;45(3):1024-1050. doi: 10.1038/s44318-025-00665-0. Epub 2026 Jan 3. PMID: 41484366; PMCID: PMC12865202. |
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