Developing a genetic tag for in vivo protein regulation using PROTACs with companion PET imaging

使用 PROTAC 和伴随 PET 成像开发用于体内蛋白质调节的遗传标签

基本信息

  • 批准号:
    10535045
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.68万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-08-01 至 2025-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary/Abstract The following proposal describes my aims to use a known protein-ligand pair as a scaffold to create a molecular tool kit composed of small molecule degraders for protein regulation and nuclear imaging probes. Specifically, this molecular tool kit is comprised of a small protein domain, E. coli dihydrofolate reductase (eDHFR), and its small molecule inhibitor, trimethoprim (TMP). TMP can be modified to function as a proteolysis targeted chimeric (PROTAC) molecule capable of protein regulation in a dose-dependent and reversible fashion. Additionally, our group has developed eDHFR as a positron emission tomography (PET) imaging reporter protein capable of imaging engineered cells in vivo. Taken together, my approach would give researchers the ability to modulate protein activity of any desired gene and quantitatively study the phenotypic outputs of these changes in animals and potentially in human patients. PROTAC regulation is the leading ligand-mediated knockdown approach for controlling cellular protein activity. Ligand-mediated strategies allow researchers to tune knockdown intensity with temporal precision. I have demonstrated that the eDHFR-TMP PROTAC system can induce 95% degradation of eDHFR-tagged protein in OVCAR8 cells at nanomolar concentration within 24 hours. I have also demonstrated that this process is reversible and proceeds through a proteolysis-mediated degradation mechanism. We are expanding this technology to determine if we can regulate diverse proteins in multiple subcellular compartments. Ultimately, this suite of molecular tools will provide a modular system for rapidly inducible and reversible knockdown of proteins of interest that can be analyzed quantitatively in clinically relevant models and potentially in human therapies. To advance these molecular tools for in vivo use, I will establish the kinetics of target degradation of the eDHFR-TMP PROTAC in OVCAR8 xenograft tumor models in mice using bioluminescence imaging. I hypothesize that the protein level response of eDHFR-luciferase will lag behind target-occupancy of TMP PROTAC in vivo. Therefore, simultaneous PROTAC administration and PET imaging of eDHFR with established [18F]fluoropropyl-trimethoprim ([18F]FPTMP) radiotracer in mice will accurately quantify PROTAC specificity and kinetic activity. Overall, this work is a novel application of PROTAC and PET technology, where together, these tools can be used to probe expression in vivo, modulate protein activity, and potentially, be incorporated into human immunotherapies to improve therapeutic outputs.
项目摘要/摘要 以下提案描述了我的目的是使用已知的蛋白质配对作为支架,以创建由用于蛋白质调节和核成像探针的小分子降解器组成的分子工具套件。具体而言,该分子工具试剂盒由小蛋白结构域,大肠杆菌二氢叶酸还原酶(EDHFR)及其小分子抑制剂Trimethoprim(TMP)组成。可以将TMP修改为以蛋白水解靶向嵌合(Protac)分子的作用,能够以剂量依赖性和可逆的方式调节蛋白质。此外,我们的小组已经开发了EDHFR作为正电子发射断层扫描(PET)成像记者蛋白,能够在体内成像工程细胞。综上所述,我的方法将使研究人员能够调节任何所需基因的蛋白质活性,并定量研究动物中这些变化的表型输出以及人类患者的可能性。 Protac调控是用于控制细胞蛋白活性的领先配体介导的敲低方法。配体介导的策略使研究人员能够以时间精度调节敲低强度。我已经证明,EDHFR-TMP Protac系统可以在24小时内以纳摩尔浓度诱导ovcar8细胞中EDHFR标记的蛋白的95%降解。我还证明了这个过程是可逆的,并通过蛋白水解介导的降解机制进行。我们正在扩展这项技术,以确定是否可以调节多个亚细胞隔室中的各种蛋白质。 最终,这套分子工具将提供一个模块化系统,用于快速诱导和可逆的感兴趣蛋白质,可以在临床相关模型中进行定量分析,并可能在人类疗法中进行定量分析。为了推进这些用于体内使用的分子工具,我将使用生物发光成像中的小鼠中oVCAR8异种移植肿瘤模型中EDHFR-TMP Protac的靶向降解的动力学。我假设EDHFR-酸酶酶的蛋白质水平反应将落后于体内TMP Protac的靶标的。因此,在小鼠中,同时使用[18F]氟丙基 - 三甲氧苄啶([[18F] FPTMP)放射性固定剂对EDHFR的Protac给药和PET成像将准确地量化Protac的特异性和动力学活性。总体而言,这项工作是Protac和PET技术的一种新应用,在其中,这些工具可用于在体内探测表达,调节蛋白质活性,并可能将其纳入人类免疫疗法中,以改善治疗输出。

项目成果

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