多年来，人体细胞内一种名为克莱布隆（cereblon）的蛋白默默支撑着价值数十亿美元的抗癌药物研发。如今，研究团队发现这种工作蛋白除已知功能外，还能精细调控哪些蛋白质得以存续、哪些被送入细胞"垃圾桶"。
这项发表于《自然》杂志的新研究首次识别并绘制出克莱布隆蛋白上的变构位点——一个隐藏的结合口袋。研究由哈佛大学化学与化学生物学教授克里斯蒂娜·吴（Christina Woo）及其团队主导，葛兰素史克制药公司和斯克里普斯研究所的科学家共同参与。
克莱布隆是标记其他蛋白质进行降解的蛋白复合物组成部分。它因20世纪50-60年代用于妊娠呕吐却导致出生缺陷的沙利度胺（thalidomide）而声名狼藉。数十年后，沙利度胺及其衍生物因能重定向克莱布隆标记致病蛋白，被成功改造为血液癌症治疗药物。
靶向蛋白降解策略正是基于此原理：化学家设计小分子将有害蛋白引至克莱布隆，由细胞销毁机制进行清除。此前几乎所有研究都聚焦于克莱布隆的正构结合位点（即沙利度胺作用位点）。新研究揭示该蛋白还存在第二个变构位点，它不会取代主结合位点，却能改变结合后的效应。
"这项工作的创新性如此显著，当我向听众展示时，能明显感受到全场因发现克莱布隆新结合位点而产生的兴奋涟漪，"吴教授表示。
葛兰素史克科学家最初发现小分子SB-405483能增强特定信号，暗示其可能结合在克莱布隆其他位置。"我们立即意识到变构结合剂的发现可能开辟克莱布隆生物学的新领域，"葛兰素史克执行董事、前哈佛美国癌症协会博士后安德鲁·贝诺维茨（Andrew Benowitz）称，"鉴于吴教授在克莱布隆生物学领域的突破性贡献，与她合作深入理解这一发现成为自然之选。"
吴实验室通过基于细胞的实验，利用产生不同荧光标记克莱布隆新底物（neosubstrates）的报告细胞系进行研究。当标记蛋白被降解时，其荧光会减弱。通过用标准克莱布隆靶向药物处理细胞（主位点单独作用及联合变构配体），研究人员观测到第二位点如何改变降解过程。
在某些组合中，变构配体使特定靶点更易降解；在其他组合中则起到保护作用，减少降解。多数情况下，效果取决于与之配对的现有克莱布隆结合药物。
"我们发现这种小分子能在特定正构配体存在下增强某些新底物的降解，但调节变构位点也可能抑制新底物降解，"论文第一作者、肯尼思·格里芬文理研究生院博士生瓦妮莎·迪普彭（Vanessa Dippon）表示，"这完全改变了克莱布隆新底物降解的谱系和格局。"
对吴教授而言，这种选择性正是发现的核心价值。"最直接的应用是通过降低招募非目标蛋白的能力，增强正构配体对目标靶点的疗效并减少脱靶毒性，"她说。
为解析隐藏位点产生广泛效应的原因，团队借助斯克里普斯研究所加布里埃尔·兰德（Gabriel Lander）的冷冻电镜技术，获得了克莱布隆不同形态的高分辨率图像。结构显示：当主位点与变构位点同时被占据时，克莱布隆会经历前所未见的中间形态，最终形成更闭合的构象，特别擅长捕获待降解蛋白。变构配体还会将主位点药物推入微调位置，为细胞中观察到的降解模式变化提供了结构解释。
该发现开启多项新可能：将变构配体作为附加调节剂用于现有克莱布隆癌症药物——增强目标靶点作用的同时限制副作用相关蛋白的降解；或设计利用变构口袋的新分子胶或双头降解分子。吴教授更广泛地指出，这项工作揭示了细胞可能天然调控克莱布隆及相关酶的机制。"这意味着我们对体内E3连接酶调控方式的理解还远远不足，很可能存在内源性小分子已在执行这些功能，而我们才刚刚开始理解它。"
该项目获得美国国家科学基金会和国立卫生研究院的部分资助。
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