眾所周知，泛素蛋白酶體系統（UPS）是真核細胞中降解細胞內蛋白質的主要途徑, 一旦被泛素標記，蛋白質就會被蛋白酶體識別和降解。蛋白質的泛素化由一系列名為E1，E2和E3的泛素化酶介導進行。首先，E1酶與泛素復合物消耗ATP，形成高能硫酯鍵。緊接著，泛素通過反式硫酯化與E2酶偶聯。接下來，E2酶結合E3連接酶，E3連接酶通常是由底物適配器和輔助蛋白組成的大型蛋白質復合物。根據E3連接酶的類別，表面的泛素可直接從E2酶轉移到底物賴氨酸上，或者泛素從E2酶順序傳遞到E3連接酶，再到底物上。泛素本身含有七個賴氨酸殘基，其允許E3連接酶迭代泛素化以形成多泛素鏈。用K48連接的多泛素標記的蛋白質可以被蛋白酶體識別和降解。

在之前的研究中，研究人員主要將目光集中在了利用泛素標記來降解誘導疾病的一些蛋白上，比如研究較多的蛋白水解靶向嵌合體（PROTACs）。然而，最近發表于Nature Chemical Biology 上的一篇論文中，來自加州大學伯克利分校的科學家們描述了一種結構類似PROTAC、能夠實現靶向蛋白穩定的異雙功能分子——去泛素酶靶向嵌合體(deubiquitinase-targeting chimeras,DUBTACs)。研究證明，使用DUBTAC能夠穩定和恢復不穩定的突變形式的氯離子通道蛋白CFTR的功能。

CFTR的移碼突變(ΔF508)是導致囊性纖維化最常見的原因。ΔF508-CFTR不穩定，會經歷K48多聚泛素化然后被降解，從而導致氯離子穿過上皮細胞膜的運輸中斷。在這項研究中，科學家們推測，一種能夠同時招募內源性去泛素酶(DUB)，以及靶向ΔF508-CFTR的分子，可能能夠拉近DUB和ΔF508-CFTR的距離，從而導致ΔF508-CFTR的去泛素化和隨之而來的穩定。

首先，為了找到具有合適結合位點的DUB，科學家們挖掘了他們小組的數據庫，發現了66個具有探針修飾的半胱氨酸殘基的DUB。在這些DUB中，有一些主要的探針修飾的半胱氨酸不位于催化位點，且具有被優先結合的特性，研究者們推測，這類DUB與其招募配體結合后不太可能會失去催化活性。在研究者們找到的滿足這種標準的7個合適的DUB中，最終，OTUB1被選定用于進一步調查，主要是考慮到OTUB1在切割K48連接的多聚泛素鏈中的作用，以及其主要被修飾半胱氨酸C23與其催化半胱氨酸之間的距離。

靶向OTUB1的共價配體的發現（來源：Nature Chemical Biology ）

接下來，研究者們分析了一組半胱氨酸反應性配體與OTUB1結合的能力，確定了丙烯酰胺EN523是首選。體外實驗表明，EN523特異性結合在OTUB1的變構C23位點，結合后OTUB1活性沒有喪失。

在確定了一個合適的DUB“招募配體（recruiter）”后，科學家們接著評估“lumacaftor” （一種藥物）作為靶向ΔF508-CFTR的“彈頭”的可能性。研究顯示，lumacaftor充當ΔF508-CFTR的分子伴侶，增加了CFTR向細胞膜的轉運，并部分恢復了CFTR的功能，但大部分錯誤折疊的蛋白質仍然被泛素化和降解。

靶向突變CFTR 的DUBTAC（來源：Nature Chemical Biology ）

基于這些發現，科學家們最終合成了一個名為NJH-2-057的去泛素酶靶向嵌合體(DUBTAC)，NJH-2-057由EN523、lumacaftor以及C5 alkyl linker組成。在體外實驗中，與單獨使用lumacaftor或EN523相比，用NJH-2-057處理表達ΔF508-CFTR的人類支氣管上皮細胞顯著提高了CFTR蛋白水平，并以時間和劑量依賴的方式實現了穩定蛋白的作用。在來自囊性纖維化供體的原發性支氣管上皮細胞中，相比lumacaftor，NJH-2-057對ΔF508-CFTR的穩定作用也顯著改善了依賴于CFTR的經上皮電導，表明CFTR功能恢復。

為了進一步的概念驗證，研究人員還合成了靶向腫瘤抑制性激酶WEE1的DUBTAC。WEE1在許多腫瘤中被降解以促進癌細胞增殖。穩定癌細胞中 WEE1 激酶的水平有望阻止腫瘤生長。

該研究中，靶向WEE1的DUBTAC由EN523與一種處于臨床開發階段的WEE1抑制劑經C3 alkyl linker或基于聚乙二醇的linker連接而成。研究顯示，兩種DUBTAC均能顯著穩定肝癌細胞系中的WEE1，而EN523或AZD1775單獨治療對WEE1水平沒有影響。

靶向蛋白降解 VS 靶向蛋白穩定（來源：Nature Chemical Biology）

總體來說，這項新研究表明，OTUB1的共價小分子招募配體EN523可以作為異雙功能DUBTAC的一部分，用于穩定細胞中的靶蛋白。接下來，科學家們將進一步優化DUB招募配體以及linker的長度以改善DUBTAC的效力，同時，他們也將調查DUBTAC靶向其他疾病相關異常蛋白水解途徑的潛力。

領導該研究的Daniel Nomura教授說：“我們相信，這種新型DUBTAC治療平臺能夠通過靶向先前被認為不可靶向的異常降解致病蛋白，開發出對抗多種人類疾病的新藥物，包括癌癥、神經退行性疾病以及多種遺傳性疾病。”

總結：

DUBTACs進入細胞后，DUBTAC會誘導DUB與靶蛋白接近；從而去除泛素鏈，以阻止蛋白酶體介導的蛋白質降解，達到穩定依賴泛素化降解的特定蛋白的水平。總而言之，DUBTACs的發現代表著一種新的治療方式的出現，為異常蛋白質降解引發的疾病的治療指引了方向。未來，相信靶向蛋白質降解（TPD，以PROTAC為代表）和靶向蛋白質穩定（TPS，以DUBTAC為代表）將會改變藥物開發的格局。