Rational Design of PROTAC Linkers Featuring Ferrocene as a Molecular Hinge to Enable Dynamic Conformational Changes

连接器 二茂铁 化学 分子机器 双功能 生物物理学 脂锚定蛋白 变构调节 组合化学 纳米技术 材料科学 计算机科学 生物化学 生物 细胞凋亡 催化作用 电极 物理化学 自噬 电化学 操作系统
作者
Alessandra Salerno,Lianne H. E. Wieske,Claudia J. Diehl,Alessio Ciulli
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2024-1lm1h
摘要

Proteolysis Targeting Chimeras (PROTACs) are bifunctional molecules that induce ubiquitination and degradation of a target protein via recruitment to an E3 ligase. The linker influences many steps of the PROTAC mode of action, from cellular permeability to ternary complex formation and target degradation. Much interest has therefore been devoted to linker design to fine-tune molecular and mechanistic properties of PROTACs. In this study, we present FerroTACs, a novel PROTAC design strategy incorporating ferrocene as the linker chemotype. We exemplify the approach across three different PROTAC systems: VHL-VHL (homo-PROTACs), VHL-CRBN, and VHL-BETs. We find that ferrocene’s unique organometallic structure, featuring freely rotating cyclopentadienyl rings around a central Fe(II) ion, acts as a molecular hinge enabling dynamic conformational changes i.e., chameleonicity. Conformational analyses via NMR spectroscopy support ferrocene's role in fostering intramolecular interactions that result in a more folded state in an apolar environment. This property promotes compact conformations, improving cellular permeability and reducing efflux liabilities. Cellular assays demonstrate that FerroTACs exhibit robust target degradation and cell permeability profiles, en-par or enhanced compared to benchmark PROTACs CM11, 14a and MZ1. These findings highlight ferrocene’s potential as a new linker design strategy, offering a versatile platform to install and control molecular chameleonicity into next-generation PROTACs.
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