分享一篇发表在JACS上的文章：Engineered PROTAC-CID Systems for Mammalian Inducible Gene Regulation，通讯作者是来自莱斯大学的Xue Gao教授和贝勒医学院的Zheng Sun教授，前者的研究方向是化学生物学和生物分子工程，而后者的研究兴趣是在表观遗传学层面解释环境因素对能量代谢和神经认知的影响。

通过精确的时空控制调节基因表达的能力对于基础研究和疾病治疗发展至关重要。化学诱导二聚体(chemically induced dimerization，CID)系统由两个可被小分子二聚的蛋白质组成，通过将DNA结合域和转录调控域分别融合到两个CID蛋白上，可用于诱导基因调控。目前的CID系统主要使用来自细菌或植物的小分子（雷帕霉素，脱落酸等），但高效CID的数量和类型仍然有限。PROTAC分子具有一个与靶蛋白结合的warhead以及一个与E3泛素连接酶结合的配体，此性质和CID分子具有很高的相似性，于是作者提出了将PROTAC分子应用到CID上，从而扩大CID的分子工具箱。

作者使用9个商业化的PROTAC分子作为概念验证。首先将GAL4 DNA结合结构域或VP64-p65-Rta (VPR)转激活结构域分别融合表达到各自的PROTAC分子相互作用蛋白上，PROTAC分子诱导靶蛋白和E3泛素连接酶二聚，引起GAL4和VPR邻近效应并驱动下游报告基因（GAL4同源pUAS启动子驱动的EYFP）的表达，以此来评价CID的效率。作者将相应质粒在HEK293T细胞中转染表达后，所有9种体系均能成功激活不同表达水平的EYFP(43-290倍)，并且评估了它们各自的效率，证实了PROTAC-CID系统在哺乳动物细胞中诱导基因表达的可行性。

PROTAC-CID系统具有良好的正交性，尽管多个PROTAC分子与一个或以上相同的蛋白伴侣相互作用，但只有在正确的同源组合诱导下，才能启动基因表达。利用PROTAC-CID这一特性，作者还进一步开发了双正交诱导表达系统、逻辑门系统、多通道基因调控系统。在更深入的应用中，作者将这PROTAC-CID方法与遗传电路相结合，应用范围拓展到基因编辑上，实现可诱导的位点特异性DNA重组、碱基编辑等。最后，结合腺相关病毒（AAV）递送系统，作者利用PROTAC-CID在小鼠体内实现了ON/OFF和可逆的基因开关。

综上，本研究将PROTAC和CID进行结合，在哺乳动物细胞和小鼠中实现正交、多路和数字基因调控。迄今为止已开发了1600个以上的PROTAC分子，通过不同的E3泛素连接酶作用于超过100个人类蛋白靶点，而随着PROTAC分子的快速发展，CID工具箱也将会得到快速多功能化的扩展。