SCI

13 October 2024

Transferrin receptor targeting chimeras for membrane protein degradation

(Nature; IF:50.5)

  • Zhang D, Duque-Jimenez J, Facchinetti F, Brixi G, Rhee K, Feng WW, Jänne PA, Zhou X: Transferrin receptor targeting chimeras for membrane protein degradation. Nature 2024.

  • Correspondence to: xin_zhou1@dfci.harvard.edu

Abstract 

Cancer cells require high levels of iron for rapid proliferation, leading to significant upregulation of cell-surface transferrin receptor 1 (TfR1), which mediates iron uptake by binding to the iron-carrying protein transferrin. Leveraging this phenomenon and the fast endocytosis rate of TfR1, we developed transferrin receptor targeting chimeras (TransTACs), a heterobispecific antibody modality for membrane protein degradation. TransTACs are engineered to drive rapid co-internalization of a target protein of interest and TfR1 from the cell surface, and to enable target protein entry into the lysosomal degradation pathway. We show that TransTACs can efficiently degrade a diverse range of single-pass, multi-pass, native or synthetic membrane proteins, including epidermal growth factor receptor, programmed cell death 1 ligand 1, cluster of differentiation 20 and chimeric antigen receptor. In example applications, TransTACs enabled the reversible control of human primary chimeric antigen receptor T cells and the targeting of drug-resistant epidermal growth factor receptor-driven lung cancer with the exon 19 deletion/T790M/C797S mutations in a mouse xenograft model. TransTACs represent a promising new family of bifunctional antibodies for precise manipulation of membrane proteins and targeted cancer therapy.

癌细胞需要高水平的铁才能快速增殖,这导致细胞表面转铁蛋白受体1 (TfR1)显著上调,而TfR1通过与载铁蛋白转铁蛋白结合来介导铁摄取。利用这一现象和TfR1的快速内吞速率,我们开发了转铁蛋白受体靶向嵌合体(TransTACs),一种用于膜蛋白降解的异源双特异性抗体模式。TransTACs被设计用于驱动目标蛋白和TfR1从细胞表面快速内化,并使目标蛋白进入溶酶体降解途径。我们的研究表明,TransTACs可以有效地降解多种单通道、多通道、天然或合成的膜蛋白,包括表皮生长因子受体、程序性细胞死亡配体1、分化簇20和嵌合抗原受体。在应用示例中,TransTACs实现了对人初级嵌合抗原受体T细胞的可逆性控制,以及在小鼠异种移植模型中,利用外显子19缺失/T790M/C797S突变靶向耐药的表皮生长因子受体驱动的肺癌。TransTACs代表了一个有前景的双功能抗体新家族,可用于精确调控膜蛋白和靶向肿瘤治疗。

 

AI全文解析
这篇文章主要研究了一种新的转铁蛋白受体靶向嵌合体(TransTACs),用于降解膜蛋白,并探讨其在癌症治疗中的潜在应用。以下是主要内容:

 

1. 背景与需求:癌细胞由于快速增殖需要大量铁,表现出显著的细胞表面转铁蛋白受体1(TfR1)上调。TfR1不仅帮助铁的吸收,还展示了快速的内吞作用。因此,研究者设计了TransTACs,以利用TfR1驱动靶标膜蛋白进入溶酶体降解通路。

 

2. TransTACs的设计与作用:TransTACs是异二价抗体,能诱导TfR1和目标蛋白(POI)的共同内化,随后进入溶酶体进行降解。实验表明,TransTACs能够高效地降解包括EGFR、PD-L1、CD20等多种膜蛋白,实现了超过80%的降解率。

 

3. 耐药性与联合应用:TransTACs特别针对某些EGFR突变驱动的肺癌有效,包括难以治疗的突变体。这些结果显示,TransTACs可以作为现有药物(如EGFR抑制剂)的一种补充或替代疗法,用于应对耐药性癌症。

 

4. 免疫环境和选择性:研究还表明,TransTACs可以重新塑造肿瘤的免疫微环境,减少免疫抑制细胞,增加效应T细胞和NK细胞的浸润,从而进一步增强抗肿瘤免疫反应。此外,TransTACs在肿瘤中的选择性作用,避免了对正常细胞的显著毒性。

 

5. 临床前研究与应用前景:在小鼠模型中,TransTACs展示了良好的抗肿瘤效果和体内安全性。文章认为,TransTACs代表了一类新型的双功能抗体,有望用于膜蛋白的精确操控及癌症治疗。

 

总体来说,该研究为利用TfR1进行膜蛋白降解提供了新的思路,并展示了其在癌症治疗中的广阔应用前景 。