Zn2+依赖且脱氧核酶响应的核酸PROTAC分子及其制备方法和应用

本发明属于生物，尤其涉及一种zn2+依赖且脱氧核酶响应的核酸protac分子及其制备方法和应用。

背景技术：

1、转录因子(tfs)在基因表达调控中起着关键作用，已知转录因子失调或突变可引起多种疾病，如核因子-κb(nf-κb)是一个可诱导的转录因子家族，调节参与各种免疫和炎症反应过程的许多基因，具有作为治疗药物靶点的巨大潜力和选择性。然而，传统上认为tfs是“不可成药”的，因其缺乏可处理的活性位点，并且呈现凸面和高正电荷的相互作用表面，这使得它们实际上很难被传统的小分子药物靶向。典型的治疗方法是开发能够选择性抑制这些蛋白质功能的小分子。虽然目前已开发出多种辅助技术用于药物开发，但仍有许多实际问题亟待解决，例如如何实现药物的高效递送、对不可成药靶点的靶向成药等，因此，开发一种能够高特异性识别靶向“不可成药”靶点的可控药物递送体系是非常有意义的。

2、蛋白水解靶向嵌合体技术(proteolysis-targeting chimeras，protacs)是由e3配体通过连接体与感兴趣的蛋白质(poi)配体共价连接而成的异功能分子，通过劫持内源性e3泛素连接酶和泛素-蛋白酶体系统(ups)以催化降解目标细胞内蛋白(poi)。protac已成为治疗各种疾病(尤其是癌症)的一种前景广阔的靶向治疗方法。

3、其中，基于小分子的protacs在临床上显示出巨大的前景，但是如何选择合适的配体靶向tf仍旧是一个难题。寡核苷酸dna作为tf的天然结合配体，性质稳定、可穿透组织且免疫原性和毒性低，因此基于核酸protacs具备多重优势。其不仅能够靶向结合不可成药的位点，还能够灵活方便更换dna部分来适应靶向其他转录因子，是一种具备通用性、灵活性及高靶向性的调控手段。

4、2021年，samarasinghe等人报道了转录因子靶向嵌合体(traftacs)技术，traftacs联合利用转录因子的dna结合能力诱导靶向蛋白降解(参见图1)。利用开发的haloprotac系统，halo tag融合的dcas9可以招募vhl。加入traftac后，halo tag融合的dcas9蛋白成为vhl和感兴趣的转录因子(toi)之间的桥梁，成功诱导了nf-kb和brachyury转录因子的降解。图1为traftac的示意图。从图中可以看出：异双功能的dsdna/crispr-rna嵌合体(traftac)在halo protac存在下通过dcas9-ht7募集e3连接酶复合物。异双功能traftac通过其rna部分与dcas9-ht7结合，而嵌合体的dsdna部分与目的转录因子(toi)结合。添加halo protac将vhl e3连接酶复合物募集到toi附近。traftac介导的邻近诱导泛素化toi进行蛋白酶体降解。

5、同年liu等人报告了一种称为tf-protac的平台开发情况，该平台通过点击反应将dna寡核苷酸与e3配体连接起来，从而选择性地降解相关的tf。这些tf-protac的选择性取决于所使用dna寡核苷酸(参见图2)。他们开发了两个基于vhl的tf-protacs系列：nf-κb-protac(dnf-κb)和e2f-protac(de2f)，它们分别能有效降解细胞中的内源性p65蛋白和e2f1蛋白，随后在细胞中显示出优越的抗增殖作用。tf-protac为实现选择性降解tfs提供了一个通用平台，也为靶向大多数“不可成药的”tfs提供了一种通用策略。图2为tf-protac策略示意图。图中可以看出：bcn修饰的vhl配体(vhll-x-bcn)通过无铜菌株促进的叠氮化物-炔烃环加成(spaac)反应掺入叠氮化物修饰的dna寡聚物(n3-odn)上，形成tf-protac以募集vhl e3泛素连接酶以泛素化目标转录因子(tf)，随后被26s蛋白酶体降解。

6、huang和crew的研究小组也开发了类似的方法，他们加入可识别tf的双链寡核苷酸作为poi的结合分子。证明淋巴增强子结合因子1(lef1)和ets相关基因(erg)这两种与癌症高度相关的转录因子的o'protacs(oligonucleotide-based protacs)成功地促进了这些蛋白的降解，阻碍了它们的转录活性，并在体外和体内抑制了癌细胞的生长(参见图3)。图3为o'protacs策略示意图。o'protacs的可编程特性表明，这种方法也适用于破坏其他转录因子。o'protacs不仅可以作为一种研究工具，还可以作为一种治疗手段，针对dna结合蛋白有效治疗癌症等疾病。

7、近十年来，基于寡核苷酸的药物开发已成为新药研发的主流，一些寡核苷酸已获得美国食品药品管理局(fda)批准。基于核苷酸的protacs提供了一个可推广的平台来实现tfs的选择性降解，并为靶向大多数“不可成药”的tfs提供了通用策略，用于靶向具有已知基序的tf，从而显著增加可药用靶标谱，为包括癌症在内的各种疾病患者带来巨大的潜在治疗益处。这些研究突破了转录因子小分子抑制剂的瓶颈，实现传统观念中认为“不可成药”靶点的选择性降解，对于癌症靶向治疗具有重要的意义。但是，基于寡核苷酸的protac因其dna组件携带的大量负电荷，在药物递送时会较为困难，且药代动力学较差、效力较低。同时，通过系统性研究核酸protac技术，发现该技术通常以非选择性的方式对细胞或者组织发挥降解蛋白质的功能，有可能会产生脱靶毒性。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种zn2+依赖且脱氧核酶响应的核酸protac分子及其制备方法和应用，这种纳米核酸protacs分子相比于其它protacs分子能够实现脱氧核酶响应、靶向递送和选择性降解转录因子，可应用于降解肿瘤转录因子等方面。

2、本发明提供可一种zn2+依赖且脱氧核酶响应的核酸protac分子，所述核酸protac分子包括nbs序列、沙利度胺、底物链sup序列和dnazyme；所述nbs序列通过碱基互补配对与所述底物链sup序列连接，沙利度胺修饰在所述底物链sup序列一端形成具有结合e3连接酶能力的supl；

3、所述底物链sup序列的基因序列如seq id no.1所示；

4、所述nbs序列的基因序列如seq id no.2所示；

5、所述dnazyme的基因序列如seq id no.3所示。

6、上述的核酸protac分子，进一步的，将所述核酸protac分子封装在zif-90里面。

7、基于一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的核酸protac分子的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

8、s1、合成炔基化的沙利度胺；

9、s2、通过点击化学反应将所述炔基化的沙利度胺与叠氮修饰的底物链sup偶联得到supl；

10、s3、将所述supl与dnazyme反应。

11、上述的制备方法，进一步的，所述s1具体包括：

12、s1-1、将沙利度胺和n-乙基-n-异丙基-2-胺混合得到混合物；

13、s1-2、将所述混合物在干燥的n，n-二甲基甲酰胺中高温搅拌后，冷却至室温；

14、s1-3、采用水用乙酸乙酯萃取有机相，减压浓缩得到炔基化的沙利度胺。

15、上述的制备方法，进一步的，所述s2具体包括：

16、s2-1、将thpta和cuso4混合后，加入抗坏血酸钠得到混合溶液；

17、s2-2、在所述混合溶液中，加入所述炔基化的沙利度胺和叠氮修饰的底物链sup，进行孵育；

18、s2-3、加入乙酸钠和无水乙醇，在低温条件下反应，高速离心后，用depc水进行溶解。

19、上述的制备方法，进一步的，所述s3中低温条件下反应具体为：-20℃条件下反应30min～1h。

20、上述的制备方法，进一步的，所述s3具体包括：将5μm底物链supl与1μm dnazyme在95℃下反应5min，自然冷却至室温。

21、上述的制备方法，进一步的，所述制备方法还包括：s4、二水硝酸锌和所述核酸protac分子溶解在去离子水中得到混合液1；将2-咪唑甲醛在去离子水中高温加热溶解得到混合液2；将所述混合液2涡旋振荡后加入所述混合液1，离心分离zif-90@dztac纳米颗粒。

22、基于一个总的技术构思，本发明还提供了一种所述的核酸protac分子在制备靶向抗肿瘤药物中的应用。

23、基于一个总的技术构思，本发明还提供了一种所述的核酸protac分子在制备降解肿瘤转录因子药物中的应用。

24、上述的应用，进一步的，所述应用的方法包括：在核酸protac分子中加入终浓度为2mm的zn2+，37℃反应2h。

25、与现有技术相比，本发明的优点在于：

26、(1)本发明提供一种基于zn2+依赖的脱氧核酶(dnazyme)响应的核酸protacs，与大多数小分子抑制剂主要阻断目标酶的催化活性不同，本发明的protacs旨在降解目标蛋白。这种特性提供了优势的同时也有潜在的弊端，当全身给药时，它可能会导致正常细胞中的目标蛋白不受控制的降解，产生非特异性毒性。为了避免上述弊端，在protac上添加一个可控的开关，使它在zn2+不存在时无活性，zn2+存在时会被激活，降解目标蛋白。因此，zn2+依赖的dnazyme能够在癌细胞或组织中激活，精准地控制靶向蛋白降解，消除潜在的非特异性毒性。

27、(2)本发明提供一种基于zn2+依赖的脱氧核酶(dnazyme)响应的核酸protacs，为提高核酸分子的细胞利用率和稳定性的问题，引入atp响应的纳米颗粒zif-90进行细胞递送，zif-90可响应内源性atp进行解离，释放出zn2+和包封的核酸分子。基于寡核苷酸dna的特性：可作为tf的天然结合配体，性质稳定、可穿透组织且免疫原性和毒性低，其不仅能够靶向结合不可成药的位点，还能够灵活方便更换dna部分来靶向其他转录因子。利用寡核苷酸的特性，设计一种具有通用性、灵活性及高靶向性的可光调控转录因子降解的手段。为解决基于寡核苷酸的protac因其dna组件携带的大量负电荷，在药物递送时会较为困难，且药代动力学较差、效力较低的问题，引入纳米颗粒增强其递送和药物治疗效果。

28、(3)本发明提供了一种核酸protac分子在制备靶向抗肿瘤药物中的应用，dnazyme响应的核酸protacs分子dztac，用于选择性降解nf-κb，进一步构建纳米递送平台zif-90@dztac实现细胞内递送和自驱动产生zn2+，从而触发nf-κb降解，并在荷瘤小鼠模型中验证zif-90@dztac的体内功效。zif-90@dztac可作为一种良好且有效的自控药物运输系统，在细胞内高效传输功能性核酸并自我供应zn2+，从而提高治疗效果。尝试为靶向“不可成药”的转录因子提供一个简便方法，也为通过功能核酸介导的反应来控制protacs的活性提供一个同类范例，并激发许多后续研究，扩大其在精准医疗中的应用。