水素交換量質分析と計算モデリングを使用した分解誘発性成分複合体の構造特性：構造ベースの設計への影響

標的タンパク質分解（TPD）の分野は、ユビキチン - プロテアソームシステムを活用する破壊のためにタンパク質をマークする治療法を開発することを目標に、過去10年間で指数関数的に成長しました。TPDを達成するための一般的なアプローチの1つは、E3リガーゼ機構にとって関心のあるタンパク質ターゲットを補充するために、分解者と呼ばれるヘテロ存在分子を使用することです。結果として生成された中間三元複合体（ターゲットデグラダー - リガーゼ）は、分解プロセスにおいて極めて重要です。三元複合体のジオメトリを理解することで、選択性、触媒効率、リンカー化学、および合理的な劣性デザインに関する貴重な洞察が得られます。この研究では、水素産産交換質量分析（HDX-MS）を利用して、分解誘発性タンパク質間 - タンパク質界面を特定します。次に、これらのデータを制約されたタンパク質ドッキングと組み合わせて使用して、3次元モデルの3次元モデルを構築します。このアプローチは、E3リガーゼCRBNと顕著な腫瘍学標的であるBRD4の最初のブロモドメインとの間の複雑な形成を特徴付けるために使用されました。2つの劣化者、CFT-1297とDBET6の重水素取り込みの異なるパターンに基づいて、溶液中に形成された三元複合体の著しい違いを示します。陽性協同性を示したCFT-1297は、下等複合体の分解誘発性タンパク質間界面を明らかにする重水素取り込みプロファイルを変化させました。CFT-1297の場合、最高のスコアリングHDXに制約のあるドッキングモデルによって生成された三元複合体は、公開された結晶構造で観察されたものと著しく異なります。これらの結果は、HDX-MSの潜在的な有用性を強調して、溶液中の分解性タンパク質間界面への迅速にアクセス可能な構造的洞察を提供します。彼らはさらに、劣化した三元錯体が重要な立体構造の柔軟性を示し、生物学的に関連する複合体はタンパク質間の最大の相互作用表面を示さない可能性があることを示唆しています。総合すると、結果は、リンカーの立体構造の不確実性を組み込むことができる方法が、前進する劣等設計の重要な要素であることを証明する可能性があることを示しています。さらに、たとえば、高レベルの水浸潤を考慮して、進化した相補性のないインターフェイスを処理するように変更されたスコアリング機能の開発は、価値があることが証明される可能性があります。さらに、新しい分解者方法の検証ツールとして結晶構造を使用することは、注意して考慮する必要があります。

The field of targeted protein degradation (TPD) has grown exponentially over the past decade with the goal of developing therapies that mark proteins for destruction leveraging the ubiquitin-proteasome system. One common approach to achieve TPD is to employ a heterobifunctional molecule, termed as a degrader, to recruit the protein target of interest to the E3 ligase machinery. The resultant generation of an intermediary ternary complex (target-degrader-ligase) is pivotal in the degradation process. Understanding the ternary complex geometry offers valuable insight into selectivity, catalytic efficiency, linker chemistry, and rational degrader design. In this study, we utilize hydrogen-deuterium exchange mass spectrometry (HDX-MS) to identify degrader-induced protein-protein interfaces. We then use these data in conjunction with constrained protein docking to build three-dimensional models of the ternary complex. The approach was used to characterize complex formation between the E3 ligase CRBN and the first bromodomain of BRD4, a prominent oncology target. We show marked differences in the ternary complexes formed in solution based on distinct patterns of deuterium uptake for two degraders, CFT-1297 and dBET6. CFT-1297, which exhibited positive cooperativity, altered the deuterium uptake profile revealing the degrader-induced protein-protein interface of the ternary complex. For CFT-1297, the ternary complexes generated by the highest scoring HDX-constrained docking models differ markedly from those observed in the published crystal structures. These results highlight the potential utility of HDX-MS to provide rapidly accessible structural insights into degrader-induced protein-protein interfaces in solution. They further suggest that degrader ternary complexes exhibit significant conformation flexibility and that biologically relevant complexes may well not exhibit the largest interaction surfaces between proteins. Taken together, the results indicate that methods capable of incorporating linker conformation uncertainty may prove an important component in degrader design moving forward. In addition, the development of scoring functions modified to handle interfaces with no evolved complementarity, for example, through consideration of high levels of water infiltration, may prove valuable. Furthermore, the use of crystal structures as validation tools for novel degrader methods needs to be considered with caution.