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文献解析|基于化学手段实现从小鼠到非人灵长

类的全身蛋白敲低

引言

基因敲除技术是生物医学研究中一项至关重要的工具，它允许研究人员精确地删除或修改特定基因，从而探究这些基因在生物体功

能、发育以及疾病发生中的作用。然而，传统的基因敲除方法，如TALEN、Cre-LoxP和CRISPR-Cas9，虽然在许多研究中取得了显著

成果，但在构建大动物模型，特别是非人灵长类动物模型时，面临着操作复杂、耗时较长、功能丧失不可逆以及潜在基因补偿或自发突

变等问题。因此，开发一种高效、快速且可逆的基因敲除技术对于推动生物医学研究具有重要意义。

近日，清华大学药学院饶燏课题组与中科院生物物理研究所姬广聚组及北京大学肖瑞平、张秀琴组合作，在《CellDiscovery》期刊

上发表了一篇题为《基于化学手段实现从小鼠到非人灵长类的全身蛋白敲低》（AChemicalApproachforGlobalProteinKnockdown

fromMicetoNon-humanPrimates）的研究论文。该研究首次利用PROTAC（Proteolysis-TargetingChimera）技术，成功实现了

从小鼠到非人灵长类动物的全身蛋白敲低，为生物医学研究提供了一种全新的、具有广阔应用前景的基因敲除方法。

研究背景

基因敲除技术作为研究基因功能的重要工具，已经经历了多年的发展。传统的基因敲除方法主要基于基因组层面的操作，如TALEN、

Cre-LoxP和CRISPR-Cas9等。这些方法虽然在小鼠等模式生物中取得了显著成果，但在构建大动物模型时遇到了诸多挑战。首先，大

动物基因组的复杂性和规模使得基因敲除操作更为困难。其次，传统方法通常需要较长时间来构建基因敲除模型，且基因敲除引起的功

能丧失往往是不可逆的。此外，基因敲除模型中潜在的基因补偿和/或自发突变可能导致功能误读，从而影响研究结果的准确性。

为了解决这些问题，研究人员一直在探索新的基因敲除方法。近年来，PROTAC技术逐渐崭露头角。PROTAC技术通过招募E3泛

素连接酶，利用自身的泛素-蛋白酶体系统实现对靶向特定蛋白的降解。这种技术不仅具有高效、快速的特点，而且可以实现基因敲除的

可逆性，为生物医学研究提供了新的思路。

PROTAC技术原理

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PROTAC技术是一种基于小分子化学物的基因敲除方法。它的基本原理是通过设计一个由两个功能部分组成的小分子：一部分是能

够与靶蛋白结合的配体（ligand），另一部分是能够招募E3泛素连接酶的分子（warhead）。当这个PROTAC小分子与靶蛋白结合后，

它能够招募E3泛素连接酶到靶蛋白上，进而启动泛素-蛋白酶体系统对靶蛋白的降解过程。

与传统的基因敲除方法相比，PROTAC技术具有显著的优势。首先，它不需要对基因组进行直接操作，因此避免了潜在的基因补偿

和自发突变问题。其次，PROTAC技术具有高度的特异性和选择性，可以精确地靶向特定的蛋白。此外，由于PROTAC技术是通过化学

合成来实现的，因此可以方便地调节其活性和选择性，以适应不同的研究需求。最重要的是，PROTAC技术实现的基因敲除是可逆的，

当停止给予PROTAC小分子时，靶蛋白的表达可以逐渐恢复，这为研究蛋白功能提供了更为灵活和准确的手段。

实验设计与结果

在本研究中，饶燏课题组等研究人员选择了FKBP12作为靶蛋白进行研究。FKBP12是一种在哺乳动物中广泛表达的蛋白，它参与

多种重要的生理功能，包括心脏发育、心肌细胞表型分化、心脏结构形成和心脏搏动的启动等。由于FKBP12在心脏发育中的关键作用，

全身敲除FKBP12在成年鼠心脏中的功能研究一直受到关注，但之前的研究并未涉及大动物模型。

研究人员首先设计了针对FKBP12的PROTAC小分子，并通过化学合成方法制备了足够数量的化合物。然后，他们利用这些PROTAC

小分子对小鼠、大鼠、猪和恒河猴等动物模型进行了全身蛋白敲低实验。实验结果显示，仅用一天