Cereblon通过分子表面模拟诱导G3BP2新型底物降解的机制研究

《Nature Structural & Molecular Biology》：Cereblon induces G3BP2 neosubstrate degradation using molecular surface mimicry

本综述系统阐述了分子胶降解剂（MGD）通过CRL4CRBNE3泛素连接酶诱导G3BP2（Ras-GAP SH3结构域结合蛋白2）降解的新机制。研究发现CRBN利用LON结构域模拟G3BP2天然相互作用伙伴的界面特征，通过"分子表面模拟"机制突破传统G-loop降解元识别模式，为拓展靶向蛋白降解领域提供了新范式。

　　

G3BP2是G-loop非依赖型CRBN新底物

通过计算挖掘人类结构蛋白质组中的G-loop样基序，研究人员建立了CRBN靶标空间图谱。在基于质谱的全局蛋白质组学筛选中，双氢尿嘧啶类化合物MRT-5702能显著降低CAL51细胞中G3BP2和USP10蛋白水平，且该过程依赖cullin类泛素化、蛋白酶体活性和CRBN底物受体。细胞NanoBRET实验证实MRT-5702能诱导CRBN与G3BP2形成剂量依赖性三元复合物。

G3BP2参与RNA加工和应激颗粒形成，其异常表达与多种人类恶性肿瘤相关。结构域交换实验表明，将G3BP2 N端核转运因子2样（NTF2L）结构域替换为G3BP1对应序列会破坏MRT-5702介导的降解，证明NTF2L结构域是CRBN识别所必需且充分的条件。体外TR-FRET实验进一步验证重组G3BP2^NTF2L结构域能与CRBN和MRT-5702形成三元复合物。

CRBN通过表面模拟机制劫持G3BP2预存PPI热点

计算分析发现G3BP2 NTF2L结构域缺乏β-发夹或螺旋G-loop降解元特征。研究人员通过比较G3BP2与已知CRBN底物的表面相似性，发现CRBN LON结构域上的表面斑块（F150-G151-I152）能模拟G3BP2天然配体FGDF基序的特征。定点突变实验证实CRBN F150A突变不影响MRT-5702结合，但显著削弱与G3BP2的相互作用；同样，G3BP2 PPI热点区突变（F15A和F33A）也影响三元复合物形成。

冷冻电镜解析三元复合物结构

通过单颗粒冷冻电镜解析了DDB1^ΔBPB-CRBN^Δ1-40-MRT-5702-G3BP2^NTF2L全人源复合物结构，局部细化后界面分辨率达2.8?。结构分析表明MRT-5702D（S,S构型）是唯一具有G3BP2活性的对映体。结构显示CRBN LON环（E146-I154）具有构象灵活性，能通过构象调整增强与G3BP2的兼容性。

G3BP2突破新底物招募传统模式

与传统CRBN新底物通过CULT结构域残基N351、H357和W400相互作用不同，G3BP2主要与LON结构域结合，形成了全新的PPI界面。这种结合模式使G3BP2二聚体中未参与CRBN相互作用的原体仍可招募其他相互作用伙伴，这解释了USP10的伴随降解现象。该发现揭示了CRBN通过"胶印"（glueprint）机制模拟天然PPI足迹，为理性拓展MGD靶标空间提供了新策略。

创新机制与治疗前景

本研究首次揭示了CRBN通过分子表面模拟机制招募非G-loop底物的新范式，证明了CRBN结构可塑性在靶标识别中的重要性。G3BP2的降解机制为开发针对应激颗粒相关疾病（如神经退行性疾病和癌症）的新疗法提供了理论基础，也为基于PPI热点模拟的分子胶设计开辟了新方向。