撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

小分子調(diào)控的蛋白質(zhì)寡聚化技術，通過高時間精度控制蛋白質(zhì)空間鄰近性，為操控生物過程提供了強大機制。然而，此類系統(tǒng)在自然界中極為罕見，并且其從頭設計（

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2026 年 1 月 1 日，西湖大學曹龍興團隊與解明岐團隊合作（復旦大學金啟涵、王昱開為論文共同第一作者），在國際頂尖學術期刊 Science 上發(fā)表了題 為：

De novo

該研究提出了一種計算方法來設計由具有匹配對稱性小分子配體調(diào)控的蛋白質(zhì)同源寡聚體。從頭設計了受金剛烷胺（一種 FDA 批準的小分子藥物）調(diào)控的蛋白質(zhì)同源三聚體，并進一步開發(fā)出金剛烷胺響應的異源二聚體與異源三聚體。生物物理學表征證實了這些蛋白質(zhì)寡聚體具有金剛烷胺依賴的組裝特性，其晶體結構與設計模型高度吻合。研究團隊進一步展示了這些系統(tǒng)在控制蛋白質(zhì)定位、無膜凝聚物形成及基因表達方面的廣泛應用潛力。

這項研究為設計小分子響應蛋白開辟了新途徑，并拓展了操控復雜生物過程的化學遺傳學工具包。

曹龍興、金啟涵、王昱開、解明岐（從左至右）

小分子調(diào)控的蛋白質(zhì)寡聚化技術，通過將刺激響應蛋白與靶蛋白進行基因融合，并利用特定配體調(diào)控其空間鄰近度，為控制多種生物學過程提供了一種強大的、具有劑量和時間依賴性的手段。盡管相關技術已發(fā)展超過 30 年，但小分子響應性寡聚化系統(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（化學誘導二聚化，CID），這限制了它們在調(diào)控需要多個蛋白質(zhì)組分組裝的生物學過程中的應用。現(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（可能導致與內(nèi)源性細胞通路的交叉反應），以及誘導劑的藥代動力學特性不佳，這些問題阻礙了其轉(zhuǎn)化應用。當前在細胞工程和治療開發(fā)領域，對更多樣化的小分子響應性蛋白質(zhì)寡聚體的需求日益增長。

之前的研究已成功開發(fā)出配體響應系統(tǒng)，但這些方法依賴于已有的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)-配體結構信息，且仍局限于異源二聚體結構。該研究致力于開發(fā)一種全新的計算方法，從單體蛋白質(zhì)基礎構件出發(fā)，突破二聚化限制來設計配體響應型寡聚體。借助對稱結構的設計優(yōu)勢，研究團隊聚焦于具有三軸對稱性的 FDA 批準藥物金剛烷胺，設計出金剛烷胺調(diào)控的蛋白質(zhì)同源三聚體。該藥物明確的藥代動力學特性及已驗證的安全性增強了其轉(zhuǎn)化潛力。此外，對稱結構固有的擴展性使其能直接適配不對稱架構，為構建具有多種構型的金剛烷胺響應蛋白工具包奠定基礎，助力實現(xiàn)多種生物過程的按需調(diào)控。

該研究開發(fā)了一種“結合時對接”（docking-while-binding）的方法，用于設計由具有匹配對稱性的小分子配體調(diào)控的蛋白質(zhì)同源寡聚體。該方法在對接過程中同時優(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)建一個或多個配體結合口袋。研究團隊成功設計了結合單個金剛烷胺的同源三聚體（mAIT）和結合兩個金剛烷胺分子的同源三聚體（dAIT），前者表現(xiàn)出較弱的配體響應性，而后者顯示出顯著增強的響應能力。

利用這些同源三聚體的可誘導性和多價性，研究團隊開發(fā)了單組分三聚化依賴的轉(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用。通過設計基于原始同源三聚體結構的金剛烷胺響應型異源二聚體（dAID）和異源三聚體，研究團隊進一步展示了該平臺的可擴展性。優(yōu)化后的 dAID 系統(tǒng)實現(xiàn)了蛋白質(zhì)定位和基因表達的精確時空控制。重要的是，利用金剛烷胺的口服生物利用度優(yōu)勢，通過口服給藥在小鼠體內(nèi)實現(xiàn)了非侵入性、劑量依賴的基因表達控制，凸顯了該系統(tǒng)在生物醫(yī)學應用方面的強大潛力。

總的來說，該研究提出了一種穩(wěn)健的計算方法，用于設計具有高精度和可調(diào)響應性的小分子調(diào)控蛋白質(zhì)寡聚體。通過該方法，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，并在細胞和動物模型中驗證了其功能。該系統(tǒng)的蛋白質(zhì)組分尺寸緊湊（約 65 個氨基酸），且采用 FDA 批準的口服小分子藥物（金剛烷胺）作為誘導劑，使其特別適用于轉(zhuǎn)化應用。該方法為開發(fā)新一代化學誘導蛋白質(zhì)組裝工具開辟了新途徑，這些工具在生物技術和人類細胞治療領域具有廣泛應用前景。

論文鏈接：

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