Midnolin：非泛素化蛋白降解的革命者，MidTAC技术应运而生!

在细胞这个繁忙而有序的世界里，蛋白质的“寿命”通常由泛素-蛋白酶体途径来决定——这曾被认为是蛋白质降解的“黄金准则”。近期发现Midnolin-蛋白酶体途径以非泛素化依赖的方式，直接招募底物进行降解。Midnolin作为调控蛋白质稳态的关键因子，介导细胞核内底物如即刻早期基因编码的蛋白（如c-FOS、EGR1）及其他细胞类型特异性转录调节因子（如IRF4）的精准快速降解，响应细胞内应激与代谢信号的动态变化。

近日，来自上海科技大学的许文青教授团队在Protein & Cell杂志发表了题为Structure-based engineering of the midnolin-proteasome pathway for targeted protein degradation的研究文章，该研究解析了midnolin-蛋白酶体复合物的冷冻电镜结构，并开发了全球首个基于midnolin的靶向蛋白降解平台——MidTAC，为治疗“不可成药”靶点相关疾病（如癌症）带来了全新的希望！

Midnolin-蛋白酶体途径：独特的双臂蛋白酶体结合策略，高效降解蛋白

该团队运用冷冻电镜（cryo-EM）技术解析了midnolin-蛋白酶体复合物的高分辨率结构，揭示了midnolin与蛋白酶体结合并介导底物降解的三种不同构象（图1）。结构与生化实验结果表明Midnolin的C端α螺旋（C-Helix）紧固锚定在蛋白酶体RPN1亚基上，而其N端泛素样结构域（UBL）则与蛋白酶体RPN11亚基发生相互作用，形成独有的双臂蛋白酶体结合模式。因此，招募底物的Midnolin Catch结构域在空间上精确定位于蛋白酶体AAA-ATP酶马达上方，方便底物去折叠及降解。该研究成功捕捉了Midnolin从C-Helix锚定、UBL识别到底物加工的动态构象变化过程，为阐明Midnolin直接募集底物至蛋白酶体降解的分子机制提供了关键结构证据。

图1  Midnolin-蛋白酶体复合物的冷冻电镜结构

MidTAC：直接精准递送目标蛋白至蛋白酶体的全新蛋白降解策略

靶向蛋白质降解（TPD）方法，如PROTAC和分子胶，已革新了药物研发领域。然而，由于可用E3的匮乏和泛素化及去泛素化过程的复杂性，这些依赖泛素化的方法在具体治疗应用中面临诸多挑战。不依赖泛素化的蛋白酶体降解途径，或将成为解决该领域关键挑战的最佳方案。因此，基于对midnolin与26S蛋白酶体相互作用机制的深入理解，研究团队开发了名为MidTAC（Midnolin-based Targeting Chimera）的靶向蛋白质降解技术（图2）。MidTAC技术将Midnolin的Catch结构域替换为特定靶蛋白的结合结构域或基序，可特异性地引导靶蛋白至蛋白酶体进行降解。最令人振奋的是，MidTAC在HEK293T细胞内成功实现了对细胞核内β-catenin的特异性降解，且不影响细胞质中参与细胞黏附功能的 β-catenin含量。这一特性对于治疗由Wnt信号通路异常激活所驱动的癌症（如结直肠癌）具有重要意义。MidTAC展现出了高度的蛋白靶向特异性，为开发针对“不可成药”靶点的新型治疗策略提供了重要工具，具有广阔的临床转化潜力。

图2  MidTAC靶向蛋白降解技术的工作示意图

未来展望

MidTAC技术的诞生，意味着我们有望：1）靶向那些缺乏泛素化位点的蛋白；2）攻克传统E3连接酶无法识别的“不可成药”靶点；3）实现亚细胞定位特异性的蛋白降解，提升治疗精准性；4）开发出更安全、更高效、副作用更小的新型抗肿瘤药物。随着我们对这条蛋白降解捷径了解的加深，或许不久的将来就能见证更多基于此蛋白降解机制的创新疗法问世。