PROTAC 표적 단백질 분해 기술 및 서비스

표적단백질 분해 (Target Protein Degradation, TPD)는 세포내 표적 단백질을 제거하기 위해 이종기능성 소분자 분해제, 즉 "degrader"를 사용하는 것을 말합니다. PROTAC은 대표적인 TPD 기술을 이용한 플랫폼으로, E3 유비퀴틴 ligase에 결합하는 부분과 표적단백질에 결합하는 부분이 Linker로 연결되어 있습니다. 양쪽의 부분들이 각각 표적단백질과 E3 ligase 와 결합함으로써 표적단백질의 폴리유비퀴틴화를 유도하고, 이를 인지한 프로테아좀의 활성에 의한 단백질 분해가 유도됩니다. 

단순히 표적 단백질을 억제하는 것보다 분해하는 것은 여러가지 중요한 잇점을 가집니다. Degrader/PROTAC degrader의 메커니즘은 혁신적인 치료 플랫폼이 될 가능성이 있습니다.  

Schematic showing the mechanism of action of PROTAC Degraders
Schematic showing the mechanism of action of PROTAC Degraders.


PROTAC 장점

타겟단백질을 분해하는 기술은 RNAi 및 CRISPR 유전자 편집 방법에 비해 다음과 같은 장점이 있습니다.

  • 세포에 도입하기 위해 발현벡터를 만들거나 transfection 하는 과정이 불필요하여, 쉽고 사용이 편리합니다.
  • 사용된 degrader의 용량을 변경하여 단백질 분해 수준을 쉽게 조정할 수 있습니다.
  • degrader는 다양한 세포주에 적용할 수 있습니다.
  • degrader는 washing을 통해 제거되므로, 효과가 지속되는 시간을 제어하기가 편리합니다.
  • degrader는 small molecule 하나만 이용하는 것에 비해 타겟에 대한 선택성이 향상됩니다. 


Degrader의 디자인과 합성

Degrader는 E3 ligase ligand, linker 및 POI ligand의 세가지 구성요소로 이루어 집니다. 현재까지 발표된 대부분의 degrader는 각각 CRL2 및 CRL4 E3 복합체 내에서 E3 ligase VHL(Von Hippel-Lindau) 및 CRBL(Cereblon)을 활용합니다. 이러한 큰 고리형 E3 ligase는 광범위한 POI 표적에 대한 분해를 촉진합니다. 

POI 및 E3 ligase에 대한 linker의 적절한 부착부위 ("exit vector")를 식별하는 것이 중요합니다. POI 및 E3 ligase에 대한 결합 친화도가 손실되어서는 안되므로 부착지점의 선택이 중요합니다. 일단 적합한 POI ligand의 exit vector 부위가 확인되면 일반적으로 확립된 amide coupling, click chemistry, nucleophilic substitution, reductive amination reaction등을 사용하여 linker를 POI 또는 E3 ligase ligand에 커플링합니다. 초기과정에서는 alkyl 및 PEG linker를 사용하여 최적의 linker 길이를 결정하고, 최적화 과정에서는 PK/PD 속성을 개선하기 위한 linker 강성화 전략에 촛점을 맞춥니다.


PROTAC-structure


TPD 개발에서 상당한 보틀넥(bottleneck)은 대량의 degrader 후보물질을 합성하고 스크리닝 하는 과정입니다. 다양한 길이의 PEG 및 alkyl linker를 사용하여 degrader를 합성하고 최적의 길이 결정을 위해 세포 분석을 진행해야 합니다. degrader 개발 초기의 단계에서는 탐색해야 할 변수가 너무 많기 때문에 합성 시간을 절약할 필요가 있습니다. 

Reactive handle을 포함한 linker에 E3 ligase ligand를 붙인 형태의 Degrader Building Block을 이용하여 이러한 과정에 드는 시간과 비용을 줄일 수 있습니다. 

Degrader Building Block은 E3 ligase ligand (CRBN, VHL, IAP), exit vector 유형 및 위치, linker의 길이와 유형 등을 스크리닝하는데 유용합니다. 


PROTAC 연구 제품 및 서비스 

1. Degrader Building Block 

Degrader building block은 "E3 ligase ligand - exit vector - linker"를 여러 조건으로 미리 제작된 형태로 제공함으로써 타겟 단백질의 분해에 가장 잘 작용하는 최적의 구조를 손쉽게 스크리닝하고 시간을 절약할 수 있습니다.  (목록 보러가기)

degrader-building-block

2. PROTAC Panel Builder

E3 Ligase + exit vector, Linker, Functional group을 지정하여 PROTAC panel 제작을 의뢰하실 수 있습니다. (보러가기) 


3. PROTAC E3 Ligand binding 스크리닝 서비스 

테스트 compound와 E3 ligase간의 binding affinity를 측정하여, 나의 compound에 가장 잘 반응하는 E3 ligase 그룹을 선별하는 서비스 입니다. 분석 가능한 E3 ligase ligand 타겟 그룹은 VHL, MDM2, MDM4, CRBN, cIAP1, cIAP2, XIAP (all full length) 입니다. (보러가기) 


4. PROTAC Biosensor Cell line과 스크리닝 서비스 

제작된 PROTAC이 타겟 단백질을 얼마나 분해하는지 정량하기 위한 cell line 을 제공하고, 요청시 스크리닝 서비스를 제공해 드립니다. Bionsensor cell line은 PROTAC 처리시 타겟 단백질이 분해되어 형광시그널이 소실됩니다. BRD4 혹은 c-Myc을 발현하는 colon cancer (HCT-116) cell과 blood cancer (K562) cell model을 이용합니다. (보러가기)


5. PROTAC 스크리닝 및 Full PROTAC 개발/합성서비스 

PROTAC 디자인, 합성 및 in vivo & in vitro 스크리닝 서비스를 제공합니다. (문의하기)

1) PROTAC-POI Design and Synthesis
2) In vitro & In vivo screening of PROTAC-POI
3) Target Protein Degradation Detection



PROTAC 문의 : 고마바이오텍(주) (02-579-8787)