推荐一篇发表在Nature上的论文，题目为“Designed endocytosis-inducing proteins degrade targets and amplify signals”，通讯作者是来自剑桥大学的Bernardes教授、来自斯坦福大学的Bertozzi教授和来自华盛顿大学的Baker教授。Bernardes教授研究方向为蛋白质的选择性标记，Bertozzi教授研究方向为细胞表面的糖基化修饰，Baker教授研究方向为蛋白质结构设计。

细胞表面受体的内吞及其向溶酶体的运输过程通常可由内源性配体引发，目前已有许多通过修饰天然配体实现靶向蛋白的降解并应用到疾病治疗的案例。然而这些策略往往因为存在内源性配体的竞争和难以实现遗传编码的化学修饰而限制其更广泛的应用。本文作者通过计算设计出了与天然配体正交的内吞引发蛋白——EndoTags解决了上述问题。文中设计了多种不同的膜蛋白的结合配体，并利用这些EndoTags实现了不同组织中的膜蛋白降解、可溶蛋白清除、细胞信号激活和抗体疗效增强等多种应用。

首先，作者探讨了三种膜蛋白内吞机制，分别是以转铁蛋白受体TfR和神经紧张素受体Sortilin为代表的循环内吞过程、以IGF2R为代表的蛋白构象改变内吞过程、以ASGPR和EGFR为代表的多价配合导致的内吞过程，基于这些原理，通过Rosetta软件设计和酵母表面展示技术筛选，避开各蛋白的天然配体结合位点，得到了相应的EndoTags用于引发膜受体的内吞过程，并通过评估细胞摄取效率和荧光共聚焦成像确认了EndoTags的有效性。

而后，作者扩展了EndoTags的应用场景，首先利用ASGPR蛋白的EndoTag连接EGFR配体，实现膜表面受体EGFR的胞内降解。而后进一步利用IGF2R蛋白的EndoTag连接临床上针对PD-L1的抗体ATZ，测试了在小鼠体内治疗肿瘤的效果，实验结果显示，与单独的ATZ给药相比，连接EndoTag的实验组的小鼠肿瘤体积明显减小，存活时间明显延长，说明了EndoTag的连接能够显著增加抗体药物的疗效。

随后，作者利用IGF2R蛋白的EndoTag连接LHDB的binder蛋白，实现细胞周围环境中可溶性蛋白的清除，通过构建膜受体缺失的突变体，结合荧光共聚焦的手段，证明了EndoTag与膜受体之间的互作在这一过程中发挥重要作用。

另外，作者将这一策略引入了四重逻辑与门的设计中，用于实现表达特异性受体细胞的膜蛋白的降解。这一设计运用Co-LOCKR系统实现当且仅当细胞表达受体HER2以及存在EGFR-key、LOCKR连接子和EndoTag时，才会实现膜蛋白EGFR的降解。最后，作者选择了在溶酶体中激活的信号系统SNIPR，利用EndoTag的内吞引发特性，将其运输到溶酶体后释放出转录因子，从而激活下游回路中荧光蛋白BFP的表达，以此实现细胞响应信号的激活。

总而言之，作者利用计算方法设计出一系列针对特异性受体的EndoTags，并拓展了它们在蛋白靶标降解、胞内信号激活、抗体疗效增强等领域的应用，并有望增强核酸和小分子偶联药物的摄取等，应用前景十分广阔。

本文作者：SHL

责任编辑：ZF

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07948-2

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07948-2