Computational Mapping of Productive POI–E3 Ligase Conformations to Guide De Novo Degrader Design
WEE1 ・ PKMYT1 PROTAC への適用 ｜ Nassar, Schmidt, Ibrahim, Robaa, Sippl (Martin-Luther Univ. Halle-Wittenberg) ｜ ChemRxiv 2026
🎯 安定性や親和性ではなく「生産的（productive）な POI-E3 配座」を計算的に同定し、実験構造のない標的の PROTAC 設計を定量的に導く。
① 背景と課題

PROTAC は POI と E3 リガーゼをリンカーで連結し、三者複合体を介して POI をユビキチン化・分解させる。分解効率は E2 触媒 Cys111 から POI の溶媒露出リジンへのユビキチン転移を可能にする「生産的配座」に依存する。

X線/cryo-EM は単一のスナップショットしか与えず、配座の異質性を捉えない
三者複合体の安定性・親和性が高くてもリジンが不可及なら分解は失敗する
WEE1/PKMYT1 には実験的三者構造が存在しない

→ 連結性・配座多様性・ユビキチン化能の3つを定量フィルタとして統合し、生産的配座を絞り込む

② 手法の概要: 統合ワークフロー
Pipeline: monomers → productive POI-E3 conformationsPDB monomersPOI + E3 (unbound)P-P dockingMOE 4B400-1400 poses15 Å filterkeep 1-25%ClusterCα 7.5 Å3-13 repsUbq.<50 ÅInduced-fit dock + 1 µs MDactive vs inactive PROTAC

単量体から PROTAC 非依存の P-P ドッキング → 15 Å 連結性フィルタ → Cα 7.5 Å クラスタリング → ユビキチン化アクセシビリティ評価→MD検証。

③ 本研究で示したこと
  • PROTAC リンカー長は 15 Å を超えない → attachment-atom 距離フィルタ
  • Cα RMSD >7.5 Å の配座は別個のユビキチン化プロファイル → クラスタ閾値
  • 溶媒露出リジンが E2 Cys111 から 50 Å 以内ならユビキチン化可能
  • 34 構造中 33 を回収（97%）し、活性 PROTAC を選別
④ 主な結果 (a) 配座空間の削減
Conformational space reductionDocked poses / system~400-1400After 15 Å filter~1-25% keptAfter Cα 7.5 Å clustering3-13 repsUbq.-competent (<50 Å)productive set
④ 主な結果 (b) ベンチマーク回収
34exp.33recoveredBenchmark recovery (97%)
④ 主な結果 (c) WEE1 IFD スコア
16.27MA07116.4101215.2904015.6304714.0109614.29TL12WEE1 PROTAC IFD score (-kcal/mol)
④ 主な結果 (d) 活性/不活性距離窓
Active vs inactive linker windows15 Å limitM3 (012/040/047)8.5-10.5M5 N2-C15 (096)5.0-7.0M5 N2-C14 (TL12)7.0-9.0PKMYT1 M4 (D16)8.0-11.0inactive HI100-1032.0-12.0051015attachment-atom distance (Å)
⑤ テイクホームメッセージ
安定性より生産性
分解は三者複合体の安定性・親和性ではなく、連結性・配座多様性・ユビキチン化能のバランスで決まる。
3つの定量閾値
15 Å（連結）/ 7.5 Å Cα RMSD（配座区別）/ 50 Å Lys-Cys111（ユビキチン化）。
連結性が活性を分離
不活性 HI100-103 は C8-C13 が 2-12 Å で、生産的 PKMYT1-CRBN の最短 13 Å に達ずどのモデルにも適合せず。
汎用的フレームワーク
実験構造がない標的でも生産的配座をマップし、de novo 分解薬設計を支援。
モデル選択と活性 PROTAC
PROTAC適合モデルIFD (kcal/mol)
MA071/012/040/047WEE1 M3-15.3 ～ -16.4
ZNL-02-096WEE1 M5のみ-14.01
TL12-186WEE1 M5/M8-14.29
D16-M1P2 (R/S)PKMYT1 M4のみ-10.85 / -10.70
HI100-103 (不活性)適合なしNA

MD: 代表配座は 3連 100 ns、三者複合体は 1 µs（Desmond/OPLS4）。

本研究のインパクト
  • 実験構造のない POI（WEE1/PKMYT1）でも生産的配座を予測可能に
  • 連結性距離窓で PROTAC の活性/不活性を合理化しリンカー設計を導く
  • 安定性中心の従来モデリングから機構論的フィルタへの転換
H. Nassar, M. Schmidt, H. S. Ibrahim, D. Robaa, W. Sippl. Computational Mapping of Productive POI–E3 Ligase Conformations to Guide De Novo Degrader Design: Application to WEE1 and PKMYT1 PROTACs. ChemRxiv preprint. 2026. https://doi.org/10.26434/chemrxiv.15002693