1,4-シクロヘキシルプロタックリンカー微調整と結合親和性での立体化学的反転

キメラ（プロタック）を標的とするタンパク質分解は、標的結合部分をユビキチンE3リガーゼ結合部分に接続するリンカーで作られたヘテロ依存性小分子分解剤です。リンカーユニットは、原タックの物理化学的および薬物動態特性、ならびに三元複合体の特性に影響を与えることが知られています。リンカーにトランスシクロヘキシル基を搭載したLRRK2プロタックXL01126は、バイナリ結合の親和性がはるかに弱いにもかかわらず、対応するシスアナログよりも優れた協調性劣化者です。ここでは、リンカーのこの微妙なステレオセンターの変化が、E3リガーゼVHLへのリガンド結合親和性にどのように影響するかを調査します。一連の分子マッチングペアを設計し、完全な標準からVHLリガンドまで切り捨てられ、シリーズ全体でトランスシクロヘキシル化合物が、シスの対応物と比較して一貫して弱いVHL結合親和性を示したことがわかりました。高解像度の共結晶構造は、トランスリンカーが剛性のあるスティックアウト立体構造を示すことを明らかにし、CISリンカーは折り畳まれたバックの立体構造に崩壊し、分子内接触とVHLとの長距離相互作用のネットワークを特徴としています。これらの観察結果は、プロタックリンカー内の単一の立体化学的反転が立体構造の剛性と結合モードにどのように影響し、バイナリおよび三元複合体形成に対する微調整傾向、そして最終的に細胞分解活性にどのように影響するかを明らかにするため、注目に値します。

Proteolysis targeting chimeras (PROTACs) are heterobifunctional small-molecule degraders made of a linker connecting a target-binding moiety to a ubiquitin E3 ligase-binding moiety. The linker unit is known to influence the physicochemical and pharmacokinetic properties of PROTACs, as well as the properties of ternary complexes, in turn impacting on their degradation activity in cells and in vivo. Our LRRK2 PROTAC XL01126, bearing a trans-cyclohexyl group in the linker, is a better and more cooperative degrader than its corresponding cis- analogue despite its much weaker binary binding affinities. Here, we investigate how this subtle stereocenter alteration in the linker affects the ligand binding affinity to the E3 ligase VHL. We designed a series of molecular matched pairs, truncating from the full PROTACs down to the VHL ligand, and find that across the series the trans-cyclohexyl compounds showed consistently weaker VHL-binding affinity compared to the cis- counterparts. High-resolution co-crystal structures revealed that the trans linker exhibits a rigid stick-out conformation, while the cis linker collapses into a folded-back conformation featuring a network of intramolecular contacts and long-range interactions with VHL. These observations are noteworthy as they reveal how a single stereochemical inversion within a PROTAC linker impacts conformational rigidity and binding mode, in turn fine-tuning differentiated propensity to binary and ternary complex formation, and ultimately cellular degradation activity.