予路乾行联合北京大学药学院、武汉理工大学等顶尖研究团队的研究成果《Systematic evolution of functional oligonucleotides for targeted protein degradation》已于2025年2月在线发表于《Chem》期刊（Cell子刊）。该研究由张力勤教授团队创新性提出了一种系统进化平台，能高效生成特异性适配体降解剂，利用E3连接酶CRBN和VHL两种E3连接酶的测试中成功降解了BRD4和IRAK4蛋白，解决了靶向分子选择和连接子优化的技术难题。与此同时，团队开发了双特异性RNA适体降解剂，展示了该平台的广泛适用性。予路乾行团队结合分子动力学模拟等技术，验证了靶向BRD4降解剂PA2的可行性，为新型蛋白降解剂的开发提供了强有力的支持。
研究亮点1：系统性进化平台
在BRD4降解适配体的设计过程中，建立随机DNA文库并进行3'端化学修饰，以连接E3连接酶配体，团队成功设计出具有高度特异性的aptamer降解剂。借助微珠展示技术，DNA适配体被固定在微珠表面，与BRD4靶标蛋白、E3连接酶CRBN及荧光标记的泛素化体系共同孵育，从而筛选出能够有效促进BRD4泛素化的适配体。进一步使用流式细胞分选（FACS）技术，团队从中筛选出双荧光信号最强的适配体，并对其进行扩增与优化。在优化过程中，团队引入了炔基修饰的dU（EdU）以增强适配体与E3配体的结合力，并通过点击化学偶联CRBN配体pomalidomide，显著提升了招募E3连接酶的能力。最终，筛选出的PA2适配体表现出5.3 nM的高亲和力，并在HEK293T细胞中实现了87%的BRD4降解，IC50为58.9 nM，显示出在靶向降解中的卓越性能。
Figure 1. Evolution of aptamer-pomalidomide chimeras inducing BRD4 ubiquitination and proteolysis degradation. (A) Construction of the library for selecting aptamer-pomalidomide chimeras. (B) Systematic functional screening process of aptamer-pomalidomide chimeras for BRD4 ubiquitination. (1) Emulsion PCR creates aptamer particles, each displaying multiple copies of a single sequence. (2) The emulsions are broken, and the aptamer particles are converted to single-stranded DNA via NaOH treatment. (3) Pomalidomide ligands are added to the aptamers. (4) The aptamer chimera particles are incubated with an in vitro UPS system, where each ubiquitin is labeled with a FITC fluorophore and BRD4 is labeled with an APC fluorophore. (5) FACS separates aptamer particles that generate strong dual fluorophore signals (quadrant I of the FACS plot). (6) The aptamers undergo a reverse step to produce natural DNA, which is either used as a template for an additional round of screening or characterized via high-throughput sequencing (7). (C) Sorting of microbeads bearing aptamer chimeras capable of inducing ubiquitination. (D) Characterization of selected aptamer chimeras for BRD4 binding and ubiquitination. Flow cytometry is used for investigating the binding and ubiquitination ability of four aptamer chimera candidates. Microbeads bearing aptamer chimeras are incubated with 100 nM BRD4 in the UPS system. (E) Concentration-dependent degradation of BRD4 by the selected aptamer-pomalidomide chimera compared with VH032 replacement and random sequence replacement. Error bars denote ±SD of the mean for n = 3 independent replicates. The p values were determined by Student’s t test: *p < 0.05, **p < 0.01.
研究亮点2：降解机制的分析
为了深入揭示PA2诱导BRD4泛素化降解的机制，予路乾行团队结合分子动力学模拟（MD）和分子对接技术（HADDOCK），全面探讨了PA2的作用机制。团队首先利用3dRNA/DNA与MD模拟预测且优化了PA2适配体的三维结构，并借助MOE2022软件补全BRD4 BD1结构域（PDB ID: 4QB3）中的缺失部分，确保了结构的完整性。在此基础上，团队进行了500 ns的MD模拟，探索了PA2适配体在溶液中的动态构象，并进一步优化了其与BRD4 BD1的结合模式，最终获得了稳定的PA2_BD1复合物构象。
接着，团队使用AlphaFold2预测了PA2_BRD4体系（E49-E460）的完整构象，并通过AMBER22软件进行空间优化和动态筛选。
BRD4_PA2全序列模拟结果
在优化的基础上，团队采用蛋白-蛋白对接技术，将优化后的PA2_BRD4复合物与CRBN（PDB ID: 8OIZ）进行了对接，筛选出了与CRBN晶体中Pomalidomide叠合效果最佳的53种构象。此外，团队借鉴了Mikhail Ignatov等人的方法，构建了完整的BRD4(E49-E460)_PA2_CRBN-DDB1-CUL4A-Rbx1-E2-Ub泛素降解体系（原子数达百万级）。考虑到泛素化反应中E2连接酶催化核心半胱氨酸与靶标表面暴露的赖氨酸之间的距离需维持在50~60 Å范围内，以促进Ub转移，团队筛选出了符合该距离要求且无碰撞的构象，作为合理的泛素化复合物体系。基于泛素化过程的动态特性，团队通过聚类分析筛选出了12种潜在稳定的泛素化体系，并成功验证了PA2靶向BRD4泛素化降解的分子机制。
Figure S9. Molecular dynamics simulations process
关于张力勤教授课题组
张力勤老师于2021年回国，加入北京大学药学院并创立功能核酸分子诊疗实验室，致力于功能核酸分子体外筛选、蛋白功能调控、新型核酸药物开发、药物新靶点发现和疾病诊断监测方法等研究。自课题组成立以来，取得了显著进展。2024年8月，课题组的首篇研究论文《Functional Aptamers In Vitro Evolution for Intranuclear Blockage of RNA-Protein Interaction》在《Journal of the American Chemical Society》上发表。2024年9月，课题组的工作获得国家重点研发计划项目的支持。2025年初，课题组的最新研究成果《Systematic Evolution of Functional Oligonucleotides for Targeted Protein Degradation》又在《Chem》杂志上发表，标志着团队在核酸分子诊疗领域的持续突破。祝贺这个充满活力的团队取得如此辉煌的成就！
关于予路乾行
予路乾行是一家专注于计算化学与分子动力学模拟的创新型生物医药公司。通过结合最先进的分子模拟和AI技术，我们为新药研发提供强有力的计算支持，涵盖小分子药物、PROTAC、ADC、抗体、RNA药物等多种药物研发领域。我们的技术平台已与博瑞医药、Vial等多家国际制药公司合作，并助力其在Nature期刊子刊发表多项成果。我们的目标是为全球药物发现提供先进的技术支持，推动生物医药领域的创新发展。
参考资料
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.102408
https://www.ebiotrade.com/newsf/2025-2/20250207083337836.htm
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jctc.6b00186
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c08824
合作咨询
肖女士
021-33392297
Kelly.Xiao@imsinoexpo.com
2006-2025 上海博华国际展览有限公司版权所有（保留一切权利）
沪ICP备05034851号-57
