Internship Reports and Monograph entitled “MDM2 based Proteolysis-Targeting Chimeras (PROTACs): Discovery of an Innovative Drug Strategy for Cancer Treatment."

Abstract

Os Proteolysis-targeting chimeras (PROTACs) são moléculas capazes de induzir de forma seletiva a degradação de uma proteína alvo. Para tal, ligam-se simultaneamente à proteína de interesse (POI) e à enzima E3 ligase responsável por poli-ubiquitinar o alvo, sendo este posteriormente reconhecido pelo proteassoma e degradado. Esta nova estratégia terapêutica permite impedir funções biológicas de proteínas, como fatores de transcrição, que antes não se conseguiam inibir com o uso de pequenos inibidores ou anticorpos monoclonais, devido à ausência de um local ativo ou de um antigénio. Assim sendo, os PROTACs vieram abrir portas a uma nova perspetiva de tratamento, principalmente na área do cancro, onde a degradação de proteínas oncogénicas pode ser bastante útil.A enzima MDM2 é uma E3 ligase muito estudada, dado ubiquitinar o supressor tumoral p53, controlando assim os seus níveis intracelulares. A incorporação de ligandos que recrutam a MDM2 nos PROTACs, formando os designados PROTACs baseados na MDM2, tem-se revelado especialmente promissora face a outros tipos de PROTACs destinados ao tratamento do cancro, dado o seu mecanismo de ação dual, isto porque um PROTAC ao recrutar a MDM2, impede a ligação desta ao p53, resultando não só na degradação da proteína alvo, como também no aumento dos níveis intracelulares do supressor p53, com a consequente ativação de todo um conjunto de processos biológicos, como paragem do ciclo celular, apoptose, inibição da proliferação celular e metástase. Deste modo, através de duas vias, a da degradação do alvo e a da estabilização do p53, é possível obter um efeito sinérgico contra desenvolvimento de células tumorais. Para além disso, os PROTACs baseados na MDM2, em certos casos, permitem degradar o alvo, com potência nanomolar, de uma forma rápida e sustentada no tempo, com menor suscetibilidade ao desenvolvimento de resistências e tolerância, não provocando alteração na expressão proteica, e com seletividade para o alvo, incluindo respetivas isoformas ou mutações, e para o tipo celular, ultrapassando muitas das limitações associadas ao uso isolado de inibidores para o mesmo alvo terapêutico.Nesse sentido, o objetivo da presente monografia consiste em realizar uma análise crítica das características apresentadas pelos PROTACs baseados na MDM2 desenvolvidos até ao momento para a degradação de proteínas oncogénicas de diferentes tipos de cancro, e perceber qual é o potencial que estes apresentam como futuros fármacos anticancerígenos.

Proteolysis-targeting chimeras (PROTACs) are molecules capable of inducing the selective degradation of a target protein. For this, they bind simultaneously to the protein of interest (POI) and to the E3 ligase enzyme responsible for polyubiquitinating the target, which is later recognized by the proteasome and degraded. This new therapeutic strategy makes it possible to prevent biological functions of proteins, such as transcription factors, which previously could not be inhibited with the use of small inhibitors or monoclonal antibodies, due to the absence of an active site or an antigen. Therefore, PROTACs have opened the door to a new perspective in treatment, especially in cancer, where the degradation of oncogenic proteins can be particularly useful. The MDM2 enzyme is a well-studied E3 ligase, since it ubiquitinates the tumor suppressor p53, thus controlling its intracellular levels. The incorporation of ligands that recruit MDM2 into PROTACs, forming the so-called MDM2 based PROTACs, has been shown to be especially promising compared to other types of PROTACs projected for cancer treatment, given its dual mechanism of action: a PROTAC that recruits MDM2 prevents its binding to p53, resulting not only in the degradation of the target protein, but also in an increase in intracellular levels of the p53 suppressor, with the consequent activation of a whole set of biological processes, such as cell cycle arrest, apoptosis, inhibition of cell proliferation and metastasis. In this way, through two pathways, target degradation, and p53 stabilization, it is possible to obtain a synergistic effect against tumor cell development. Furthermore, the MDM2 based PROTACs, in certain cases, allowed to degrade the target, with nanomolar potency, in a fast and sustained way in time, with less susceptibility to the development of resistance and tolerance, without causing changes in protein expression, and with selectivity for the target, including respective isoforms or mutations, and for the cell type, overcoming many of the limitations associated with the isolated use of inhibitors for the same therapeutic target.Therefore, the goal of this monograph is to carry out an analysis and critical discussion of the characteristics presented by the MDM2 based PROTACs developed until now for the degradation of oncogenic proteins from different types of cancer and understand what potential they have as future anticancer drugs.