Kacper Kossakowski, Michalina Jurga, Anna Pawełczyk

Jak zaprojektować cząsteczki typu PROTAC? Praktyczny przewodnik po chimerach ukierunkowanych na proteolizę

 

2025-12-05

Artykuł stanowi kompleksowy przewodnik po projektowaniu, syntezie i charakterystyce biologicznej cząsteczek typu PROTAC, czyli chimer ukierunkowanych na proteolizę. Celem pracy było zebranie aktualnej wiedzy i przedstawienie jej w formie praktycznego kompendium, które może służyć zarówno jako materiał edukacyjny, jak i narzędzie wspierające planowanie badań. W kolejnych rozdziałach omówiono mechanizm działania PROTAC oraz ich miejsce w szerszym nurcie technologii celowanej degradacji białek. Przedstawione zostały zasady doboru białka docelowego, ligandów, ligaz E3 i linkerów, z uwzględnieniem metod modelowania molekularnego oraz parametrów fizykochemicznych, wpływających na właściwości farmakokinetyczne. Zaprezentowano również dostępne strategie syntezy oraz metody wykorzystywane do oceny aktywności biologicznej PROTAC, w tym techniki biofizyczne i biochemiczne służące do analizy interakcji molekularnych, walidacji mechanizmu działania oraz interpretacji danych. Szczególną uwagę poświęcono wyjaśnieniu kluczowych pojęć, takich jak „efekt haka”, DC₅₀ czy D_max, a także porównaniu mechanizmu działania klasycznych inhibitorów z degraderami typu PROTAC. Omówiono również interakcje białko–białko w kompleksach trójskładnikowych oraz typowe wyzwania w projektowaniu PROTAC, wskazując kierunki dalszego rozwoju opierające się na nowoczesnych koncepcjach konstrukcyjnych i molekularnych innowacjach, które mają na celu zwiększenie selektywności, biodostępności i skuteczności działania degraderów. Przedstawiona praca jest przekrojowym przeglądem aktualnych zagadnień związanych z projektowaniem i oceną aktywności cząsteczek PROTAC, osadzonym na styku chemii medycznej, biologii i biofizyki molekularnej, bioinformatyki oraz farmakologii. Opracowanie to może służyć jako punkt wyjścia do dalszych badań nad technologią degradacji celowanej oraz wspieraniu rozwoju eksperymentalnych strategii w projektach badawczych, niezależnie od stopnia zaawansowania badań, stanowiąc jednocześnie cenne wsparcie dydaktyczne.

Słowa kluczowe: projektowanie leków, chemia medyczna, PROTAC, celowana degradacja białek, chimery ukierunkowane na proteolizę.

© Farm Pol, 2025, 81(4): 195–211

How to design PROTAC molecules? A practical guide to proteolysis-targeting chimeras

This article provides a comprehensive guide to the design, synthesis, and biological characterization of PROTAC molecules, also known as proteolysis-targeting chimeras. The aim of the study was to compile up-to-date knowledge and present it in the form of a practical compendium that can serve both as an educational resource and as a tool to support experimental planning. The following sections discussed the mechanism of action of PROTACs and their role within the broader field of targeted protein degradation technologies. The principles for selecting the protein of interest, ligands, E3 ligases, and linkers were outlined, with emphasis on molecular modeling methods and physicochemical parameters affecting pharmacokinetic properties. Available synthetic strategies and methods for assessing PROTAC biological activity were described, including biophysical and biochemical techniques for analyzing molecular interactions, validating the mechanism of action, and interpreting data. Particular emphasis was placed on explaining key concepts such as the “hook effect”, DC₅₀, and Dmax, as well as comparing the modes of action of classical inhibitors with those of PROTAC-based degraders. The paper also explored protein-protein interactions within ternary complexes and outlined common challenges in PROTAC design, highlighting directions for further development based on modern structural concepts and molecular innovations aimed at improving selectivity, bioavailability, and degradation efficiency. This review provides a cross-sectional overview of current topics in the design and functional evaluation of PROTAC molecules, combined medicinal chemistry, molecular biology and biophysics, bioinformatics, and pharmacology. This work may serve as a starting point for further research into targeted protein degradation technologies and support the development of experimental strategies in research projects - regardless of the stage of advancement - while also offering valuable educational support.

Keywords: drug design, medicinal chemistry, PROTAC, targeted protein degradation, proteolysis-targeting chimeras.

© Farm Pol, 2025, 81(4): 195–211