Systèmes de balises de dégradation : un bon moyen de « SMASHer » votre cible (2e partie)

Le développement de médicaments est un parcours long et sinueux, largement reconnu pour présenter de nombreux obstacles qui, ensemble, sont à l’origine du taux d’attrition. L’utilisation de modèles optimisés et bien conçus, de la validation de la cible aux études de toxicité, constitue un élément clé pour identifier un médicament susceptible d’échouer dès les premières étapes de son développement. Cela est particulièrement vrai lorsque la protéine cible ne possède pas de ligand direct (connu). Les marqueurs de dégradation constituent des solutions valables à ce problème, car ils contrôlent de manière sélective l’expression des protéines cibles à l’aide de ligands spécifiques. Parmi les systèmes utilisant cette approche pour la dégradation des protéines, on peut citer dTAG, HaloPROTAC et SMASh.^1,2

Le système de dégradation dTAG nécessite la fusion de la protéine cible avec une protéine FKBP12 mutante (^FKBP12F36V). Ce résultat a été obtenu à l’aide de la technique CRISPR/Cas9 « knock-in » ou par infection lentivirale^.³ Après traitement par le dTAG13, qui sert d’adaptateur entre la protéine de fusion et la ligase E3 « cereblon » (CRBN),^{la FKBP12F36V} est ubiquitinée, ce qui achemine la protéine cible vers le protéasome en vue de sa dégradation^.³,⁴

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Le système HaloPROTAC induit l'ubiquitination et la dégradation des protéines de fusion HaloTag7 en exploitant les ligases E3 d'ubiquitine von Hippel–Lindau (VHL) ou de la protéine 1 inhibitrice cellulaire de l'apoptose (cIAP).^⁵⁻⁷ Il convient de noter que cette méthode a été utilisée pour dégrader des protéines de fusion HaloTag endogènes in vivo.^⁸

Enfin, le système SMASh consiste à fusionner la protéine cible avec le tag SMASh, qui comprend un dégron, la protéase NS3 du virus de l’hépatite C (VHC) et son site de clivage. Cette méthode ne nécessite qu’une seule modification codée génétiquement, à savoir l’ajout du tag SMASh à la séquence de la protéine d’intérêt. En présence d’un inhibiteur de protéase, le tag SMASh reste fusionné à la protéine d’intérêt, ce qui entraîne la dégradation rapide de toutes les protéines nouvellement synthétisées ; en son absence, le tag SMASh s’autoclive, donnant lieu à une protéine présentant une modification minimale. Il est intéressant de noter que le système SMASh présente des avantages par rapport au dTAG et au HaloPROTAC. Tout d’abord, le médicament inducteur ne sert pas d’adaptateur pour le recrutement d’une ligase E3, car la balise SMASh contient un dégron. De plus, la « forme exprimée » de la protéine d’intérêt, c’est-à-dire sans traitement, est libérée de la balise SMASh et se rapproche ainsi davantage de sa forme native, alors que dans les systèmes dTAG et HaloPROTAC, elle reste fusionnée à ses balises respectives.

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Voir aussi : Dégradation ciblée des protéines : de nouveaux espoirs pour les maladies « impossibles à traiter »

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Ces trois approches ont été utilisées avec succès pour dégrader un certain nombre de protéines nucléaires, cytoplasmiques, ainsi que des protéines transmembranaires à passage unique ou multiple, ouvrant ainsi une nouvelle ère pour la découverte et le développement de médicaments, notamment dans le domaine de l'immunothérapie anticancéreuse.^⁹

genOway a récemment mis au point deux lignées cellulaires MC38, dépourvues de PD-L1 murin et surexprimant une forme de PD-L1 humain marquée par un tag SMASh : MC38-SMASh-hPD-L1 et MC38-hPD-L1-SMASh. Ces cellules expriment respectivement le tag SMASh au niveau du domaine N-terminal ou C-terminal de la hPD-L1. Nous avons déjà validé ces deux lignées, confirmant ainsi la régulation inducible par un médicament de l'expression du PD-L1 humain et démontrant l'efficacité du système SMASh pour induire la dégradation réversible d'une protéine d'intérêt dans un modèle cellulaire.

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Références :

1. Neklesa TK, Tae HS, Schneekloth AR, et al. Dégradation des protéines de fusion HaloTag induite par un marquage hydrophobe à base de petites molécules. Nat Chem Biol. 2011 ; 7(8) : 538-543. doi : 10.1038/nchembio.597
2. Wu T, Yoon H, Xiong Y, Dixon-Clarke SE, Nowak RP, Fischer ES. La dégradation ciblée des protéines : un outil de recherche puissant en biologie fondamentale et dans la découverte de cibles thérapeutiques. Nat Struct Mol Biol. 2020 ; 27(7) : 605-614. doi:10.1038/s41594-020-0438-0
3. Nabet B, Roberts JM, Buckley DL, et al. Le système dTAG pour la dégradation immédiate et spécifique de protéines cibles. Nat Chem Biol. 2018 ; 14(5) : 431-441. doi : 10.1038/s41589-018-0021-8
4. Nabet B, Ferguson FM, Seong BKA, et al. Contrôle rapide et direct des niveaux de protéines cibles à l'aide de molécules DTAG recrutant la protéine VHL. Cancer Biology; 2020. doi:10.1101/2020.03.13.980946
5. Buckley DL, Raina K, Darricarrere N, et al. HaloPROTACS : utilisation de PROTAC à petites molécules pour induire la dégradation de protéines de fusion HaloTag. ACS Chem Biol. 2015 ; 10(8) : 1831-1837. doi : 10.1021/acschembio.5b00442
6. Tomoshige S, Hashimoto Y, Ishikawa M. Inhibition efficace de l'expression des protéines fusionnées à HaloTag à l'aide de molécules hybrides composées d'un antagoniste de l'IAP et d'un ligand de HaloTag. Bioorganic & Medicinal Chemistry. 2016 ; 24(14) : 3144-3148. doi : 10.1016/j.bmc.2016.05.035
7. Tovell H, Testa A, Maniaci C, et al. Inhibition rapide et réversible de protéines endosomales marquées de manière endogène grâce à un dégradateur HaloPROTAC optimisé. ACS Chem Biol.2019 ; 14(5) : 882-892. doi:10.1021/acschembio.8b01016
8. BasuRay S, Wang Y, Smagris E, Cohen JC, Hobbs HH. L'accumulation de PNPLA3 sur les gouttelettes lipidiques est à l'origine de la stéatose hépatique associée. Proc Natl Acad Sci USA.2019 ; 116(19) : 9521-9526. doi : 10.1073/pnas.1901974116
9. Bensimon A, Pizzagalli MD, Kartnig F, et al. La dégradation ciblée des transporteurs SLC révèle que les protéines transmembranaires à passages multiples peuvent être soumises à une protéolyse induite par un ligand. Cell Chemical Biology. 2020 ; 27(6) : 728-739.e9. doi:10.1016/j.chembiol.2020.04.003