MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32240994
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a574
■1001  ▼aKabir,  Farah.
■24510▼aInvestigation  of  E3  Ligase  Ligands  for  Targeted  Protein  Degradation
■260    ▼a[Sl]▼bHarvard  University▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a483  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-05,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Woo,  Christina.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Harvard  University,  2025.
■520    ▼aTargeted  protein  degradation  (TPD)  is  a  therapeutic  strategy  that  harnesses  the  cell's  protein  quality  control  machinery  to  selectively  remove  disease-relevant  proteins.  Central  to  many  TPD  approaches  are  E3  ubiquitin  ligases,  which  can  be  recruited  and  rewired  by  small  molecules  to  non-native  substrates,  leading  to    ubiquitination  and  subsequent  proteasomal  degradation  of  those  substrates.  One  of  the  most  widely  studied  E3  ligases  in  this  context  is  cullin  RING  ligase  4  (CRL4)  substrate  receptor  cereblon  (CRBN),  which  has  been  successfully  exploited  by  molecular  glues  and  bifunctional  degraders  to  modulate  protein  homeostasis.  Here,  I  employ  chemical  biology  and  proteomics  approaches  to  investigate  ligands  for  CRBN  and  other  E3  ligases  and  their  utility  in  TPD.            In  Chapter  1,  I  provide  an  overview  of  the  ubiquitin-proteasome  system  (UPS)  and  its  role  in  regulating  protein  stability  through  E3  ligase-mediated  ubiquitination.  I  survey  several  endogenous  degrons  -  short  motifs  that  direct  substrates  to  E3  ligases  -  and  discuss  how  these  motifs  can  be  harnessed  for  both  small  molecule  degrader  design  and  new  E3  ligase  recruitment.  I  introduce  two  major  small  molecule  strategies  for  TPD:  molecular  glue  degraders  and  heterobifunctional  PROTACs.  I  describe  key  advances  that  have  enabled  the  maturation  of  the  TPD  modality,  including  serendipitous  discovery  and  structure-guided  design  of  E3  ligase  ligands,  as  well  as  approaches  to  identify  molecules  that  recruit  additional  E3  ligases.  I  also  highlight  the  mechanistic  principles  that  govern  degrader  efficacy,  including  ternary  complex  formation  and  cooperativity,  as  well  as  the  techniques  employed  to  interrogate  these  principles.  Finally,  I  briefly  summarize  additional  induced  proximity  approaches  for  targeted  degradation.              In  Chapter  2,  I  explored  the  potential  of  various  E3  ligases  and  their  cognate  degrons  as  modular  tools  for  TPD.  I  began  by  focusing  on  the  CTLH  E3  ligase  substrate  receptor  Gid4,  which  recognizes  an  N-terminal  proline  degron.  Using  biochemical  assays  like  DSF  and  TR-FRET,  I  characterized  Gid4-ligand  interactions  and  developed  peptidic  PROTACs  linking  Gid4  ligands  to  JQ1  for  BRD4  degradation.  While  these  PROTACs  promoted  ternary  complex  formation  both  in  vitro  and  in  cells,  BRD4  degradation  was  inconsistent.  To  complement  these  efforts,  I  employed  a  GFP-based  Pro/N-end  model  substrate,  which  demonstrated  proline-  and  Gid4-  dependent  degradation.  I  further  expanded  my  investigation  to  CRL  family  E3  ligases  with  C-end  degrons,  revealing  promising  activity  for  CRL2  and  CRL4  substrate  receptors  with  cognate  dipeptide  C-end  degrons  -GG  and  -EE.  Overall,  this  chapter  highlights  both  the  promise  and  challenge  of  harnessing  endogenous  degrons  to  recruit  additional  E3  ligases  for  TPD.            In  Chapter  3,  I  detail  the  development  of  a  75-member  library  of  glutarimide  N-alkylated  "capped  imide"  ligands,  inspired  by  our  prior  photoaffinity  labelling  probes  for  lenalidomide.  Initial  screening  suggested  that  several  capped  imides  deplete  CK1ɑ  in  a  CRBN-dependent  manner,  and  a  few  capped  imides  sensitized  cellular  proliferation  without  depleting  known  neosubstrates.  I  employed  chemical  proteomics  in  an  attempt  to  structurally  characterize  the  binding  site  of  capped  imides  as  well  as  enrichment  and  global  proteomics  approaches  to  identify  targets  responsible  for  their  activity.  However,  extensive  follow-up  revealed  batch-to-batch  variability  in  the  CRBN-dependent  activities,  likely  tied  to  trace  impurities  and  not  the  intended  compounds.  Nonetheless,  I  identified  reproducible  CRBN-independent  anti-proliferative  effects  in  select  cell  lines.  These  findings  underscore  the  importance  of  comprehensive  compound  validation  in  degrader  research  and  reveal  potential  lead  scaffolds  for  further  mechanistic  investigation.            In  Chapter  4,  I  investigate  capped  imides  further  for  CRBN-independent  activity,  and  demonstrate  that  glutarimide  N-alkylation  is  a  viable  prodrug  strategy.  I  first  validate  that  capped  imides  ablate  CRBN-binding  in  vitro  and  in  cells.  Despite  loss  of  CRBN-engagement,  these  ligands  retain  immunomodulatory  activity  -  specifically  suppression  of  TNFɑ  expression  -  that  is  likely  CRBN-independent.  I  profile  a  panel  of  hematopoietic  and  solid  tumor  cell  lines  for  cell  viability  effects,  revealing  that  capped  imides  have  a  generally  safe  anti-proliferative  profile,  with  a  few  notable  exceptions  in  lung  and  ovarian  lineages  that  may  merit  investigation  into  the  mechanistic  target.  Using  quantitative  global  proteomics,  I  identified  that  lenalidomide  and  select  capped  imides  promote  CRBN-independent  depletion  of  small  GTPase  Rab28  via  autophagy.  Finally,  I  demonstrate  a  proof-of-concept  prodrug  that  efficiently  releases  lenalidomide  upon  enzymatic  activation.
■590    ▼aSchool  code:  0084.
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■650  4▼aCellular  biology
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■71020▼aHarvard  University▼bChemical  Biology.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-05B.
■790    ▼a0084
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17359597▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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