Bifunctional small molecules that induce nuclear localization and targeted transcriptional regulation

核运输 核定位序列 细胞生物学 核出口信号 核孔 胞浆 核蛋白 双功能 化学 蛋白质亚单位 NLS公司 细胞核 生物 生物化学 转录因子 基因 核心 催化作用
作者
William J. Gibson,Ananthan Sadagopan,Veronika M. Shoba,Amit Choudhary,Matthew Meyerson,Stuart L. Schreiber
标识
DOI:10.1101/2023.07.07.548101
摘要

The aberrant localization of proteins in cells is a key factor in the development of various diseases, including cancer and neurodegenerative disease. To better understand and potentially manipulate protein localization for therapeutic purposes, we engineered bifunctional compounds that bind to proteins in separate cellular compartments. We show these compounds induce nuclear import of cytosolic cargoes, using nuclear-localized BRD4 as a "carrier" for co-import and nuclear trapping of cytosolic proteins. We use this system to calculate kinetic constants for passive diffusion across the nuclear pore and demonstrate single-cell heterogeneity in response to these bifunctional molecules, with cells requiring high carrier to cargo expression for complete import. We also observe incorporation of cargoes into BRD4-containing condensates. Proteins shown to be substrates for nuclear transport include oncogenic mutant nucleophosmin (NPM1c) and mutant PI3K catalytic subunit alpha (PIK3CAE545K), suggesting potential applications to cancer treatment. In addition, we demonstrate that chemical-induced localization of BRD4 to cytosolic-localized DNA-binding proteins, namely, IRF1 with a nuclear export signal, induces target gene expression. These results suggest that induced localization of proteins with bifunctional molecules enables the rewiring of cell circuitry with significant implications for disease therapy.

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