撰文丨王聰

編輯丨王多魚(yú)

排版丨水成文

小分子調(diào)控的蛋白質(zhì)寡聚化技術(shù)，通過(guò)高時(shí)間精度控制蛋白質(zhì)空間鄰近性，為操控生物過(guò)程提供了強(qiáng)大機(jī)制。然而，此類(lèi)系統(tǒng)在自然界中極為罕見(jiàn)，并且其從頭設(shè)計(jì)（

e novo

2026 年 1 月 1 日，西湖大學(xué)曹龍興團(tuán)隊(duì)與解明岐團(tuán)隊(duì)合作（復(fù)旦大學(xué)金啟涵、王昱開(kāi)為論文共同第一作者），在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Science 上發(fā)表了題 為：

De novo

該研究提出了一種計(jì)算方法來(lái)設(shè)計(jì)由具有匹配對(duì)稱(chēng)性小分子配體調(diào)控的蛋白質(zhì)同源寡聚體。從頭設(shè)計(jì)了受金剛烷胺（一種 FDA 批準(zhǔn)的小分子藥物）調(diào)控的蛋白質(zhì)同源三聚體，并進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出金剛烷胺響應(yīng)的異源二聚體與異源三聚體。生物物理學(xué)表征證實(shí)了這些蛋白質(zhì)寡聚體具有金剛烷胺依賴(lài)的組裝特性，其晶體結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)模型高度吻合。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步展示了這些系統(tǒng)在控制蛋白質(zhì)定位、無(wú)膜凝聚物形成及基因表達(dá)方面的廣泛應(yīng)用潛力。

這項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)小分子響應(yīng)蛋白開(kāi)辟了新途徑，并拓展了操控復(fù)雜生物過(guò)程的化學(xué)遺傳學(xué)工具包。

曹龍興、金啟涵、王昱開(kāi)、解明岐（從左至右）

小分子調(diào)控的蛋白質(zhì)寡聚化技術(shù)，通過(guò)將刺激響應(yīng)蛋白與靶蛋白進(jìn)行基因融合，并利用特定配體調(diào)控其空間鄰近度，為控制多種生物學(xué)過(guò)程提供了一種強(qiáng)大的、具有劑量和時(shí)間依賴(lài)性的手段。盡管相關(guān)技術(shù)已發(fā)展超過(guò) 30 年，但小分子響應(yīng)性寡聚化系統(tǒng)的數(shù)量仍然有限。此外，這些系統(tǒng)幾乎完全局限于二聚化（化學(xué)誘導(dǎo)二聚化，CID），這限制了它們?cè)谡{(diào)控需要多個(gè)蛋白質(zhì)組分組裝的生物學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用?，F(xiàn)有系統(tǒng)還面臨若干挑戰(zhàn)，包括調(diào)控蛋白的正交性有限（可能導(dǎo)致與內(nèi)源性細(xì)胞通路的交叉反應(yīng)），以及誘導(dǎo)劑的藥代動(dòng)力學(xué)特性不佳，這些問(wèn)題阻礙了其轉(zhuǎn)化應(yīng)用。當(dāng)前在細(xì)胞工程和治療開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，對(duì)更多樣化的小分子響應(yīng)性蛋白質(zhì)寡聚體的需求日益增長(zhǎng)。

之前的研究已成功開(kāi)發(fā)出配體響應(yīng)系統(tǒng)，但這些方法依賴(lài)于已有的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)-配體結(jié)構(gòu)信息，且仍局限于異源二聚體結(jié)構(gòu)。該研究致力于開(kāi)發(fā)一種全新的計(jì)算方法，從單體蛋白質(zhì)基礎(chǔ)構(gòu)件出發(fā)，突破二聚化限制來(lái)設(shè)計(jì)配體響應(yīng)型寡聚體。借助對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，研究團(tuán)隊(duì)聚焦于具有三軸對(duì)稱(chēng)性的 FDA 批準(zhǔn)藥物金剛烷胺，設(shè)計(jì)出金剛烷胺調(diào)控的蛋白質(zhì)同源三聚體。該藥物明確的藥代動(dòng)力學(xué)特性及已驗(yàn)證的安全性增強(qiáng)了其轉(zhuǎn)化潛力。此外，對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)固有的擴(kuò)展性使其能直接適配不對(duì)稱(chēng)架構(gòu)，為構(gòu)建具有多種構(gòu)型的金剛烷胺響應(yīng)蛋白工具包奠定基礎(chǔ)，助力實(shí)現(xiàn)多種生物過(guò)程的按需調(diào)控。

該研究開(kāi)發(fā)了一種“結(jié)合時(shí)對(duì)接”（docking-while-binding）的方法，用于設(shè)計(jì)由具有匹配對(duì)稱(chēng)性的小分子配體調(diào)控的蛋白質(zhì)同源寡聚體。該方法在對(duì)接過(guò)程中同時(shí)優(yōu)化蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)-配體相互作用，能夠在蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)界面直接從頭創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)配體結(jié)合口袋。研究團(tuán)隊(duì)成功設(shè)計(jì)了結(jié)合單個(gè)金剛烷胺的同源三聚體（mAIT）和結(jié)合兩個(gè)金剛烷胺分子的同源三聚體（dAIT），前者表現(xiàn)出較弱的配體響應(yīng)性，而后者顯示出顯著增強(qiáng)的響應(yīng)能力。

利用這些同源三聚體的可誘導(dǎo)性和多價(jià)性，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了單組分三聚化依賴(lài)的轉(zhuǎn)錄激活系統(tǒng)和可逆蛋白質(zhì)凝聚系統(tǒng)，展示了廣泛的功能應(yīng)用。通過(guò)設(shè)計(jì)基于原始同源三聚體結(jié)構(gòu)的金剛烷胺響應(yīng)型異源二聚體（dAID）和異源三聚體，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步展示了該平臺(tái)的可擴(kuò)展性。優(yōu)化后的 dAID 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)定位和基因表達(dá)的精確時(shí)空控制。重要的是，利用金剛烷胺的口服生物利用度優(yōu)勢(shì)，通過(guò)口服給藥在小鼠體內(nèi)實(shí)現(xiàn)了非侵入性、劑量依賴(lài)的基因表達(dá)控制，凸顯了該系統(tǒng)在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面的強(qiáng)大潛力。

總的來(lái)說(shuō)，該研究提出了一種穩(wěn)健的計(jì)算方法，用于設(shè)計(jì)具有高精度和可調(diào)響應(yīng)性的小分子調(diào)控蛋白質(zhì)寡聚體。通過(guò)該方法，成功創(chuàng)建了金剛烷胺調(diào)控的同源三聚體、異源二聚體和異源三聚體，并在細(xì)胞和動(dòng)物模型中驗(yàn)證了其功能。該系統(tǒng)的蛋白質(zhì)組分尺寸緊湊（約 65 個(gè)氨基酸），且采用 FDA 批準(zhǔn)的口服小分子藥物（金剛烷胺）作為誘導(dǎo)劑，使其特別適用于轉(zhuǎn)化應(yīng)用。該方法為開(kāi)發(fā)新一代化學(xué)誘導(dǎo)蛋白質(zhì)組裝工具開(kāi)辟了新途徑，這些工具在生物技術(shù)和人類(lèi)細(xì)胞治療領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ady6017