Białka są cząsteczkami odpowiedzialnymi za wykonywanie wielu niezbędnych funkcji w komórce. Ich tworzenie rozpoczyna się od przepisania DNA na mRNA (ang. messenger RNA; matrycowy RNA) w procesie nazywanym „transkrypcją”. Tak powstała cząsteczka mRNA służy jako szablon do syntezy białek, czyli procesu translacji, który odbywa się przy udziale rybosomów. Podczas translacji aminokwasy łączą się i tworzą łańcuch polipeptydowy, który formuje się w funkcjonalną strukturę białka. Ludzka komórka może wytwarzać do ok. 20 000 różnych białek.

Utrzymanie homeostazy (równowagi) białek wymaga skutecznych mechanizmów ich degradacji. Każde białko trwa określony czas w komórce – kilka minut lub nawet lata. Białka mogą się jednak niepoprawnie uformować lub zawierać niewłaściwe aminokwasy co sprawia, że ich terminowe i prawidłowe usunięcie ma podstawowe znaczenie dla właściwego funkcjonowania komórek. Głównym szlakiem odpowiedzialnym za degradację białek jest system ubikwityna-proteasom.

W naszej grze pokazujemy funkcjonowanie systemu ubikwityna-proteasom (UPS). Obejmuje on kaskadę enzymów, w skład której wchodzą: E1 – enzym aktywujący ubikwitynę; E2 – enzym sprzęgający ubikwitynę i E3 – ligazę ubikwityny, które współpracują ze sobą w celu przyłączenia ubikwityny do białka docelowego. Proces ten, nazwany „ubikwitynacją”, powoduje, że białka są rozpoznawane, a następnie degradowane przez proteasom. Proteasom działa jak komórkowe centrum recyklingu, rozbijając białka znakowane ubikwityną na krótkie łańcuchy aminokwasowe, które mogą być ponownie wykorzystane przez komórkę, np. do syntezy nowych białek

UPS odgrywa ważną rolę w utrzymaniu homeostazy białek przez kontrolę ich poziomu i eliminację niepożądanych przez komórkę białek. W ten sposób reguluje różne procesy molekularne, jak: cykl komórkowy, przekazywanie sygnałów, naprawa DNA. Mutacje składowych UPS mogą prowadzić do nagromadzenia białek, zaburzyć funkcje komórkowe i przyczynić się do rozwoju różnych chorób, w tym: raka, choroby Alzheimera i choroby Parkinsona.

Co by było, gdybyśmy mogli wykorzystać nasz własny system ubikwityna-proteasom i dostosować go do usunięcia „toksycznych„ białek wywołujących chorobę? Cóż, nie jest to już science fiction – tak działają nowoczesne terapie celowanej degradacji białek (ang. targeted protein degradation ). Strategia jest prosta: naukowcy projektują związki pozwalające ligazom E3 na wiązanie białek, które nie są przez nie standardowo rozpoznawane. Następnie ligazy E3 doprowadzają je do enzymów E2, co skutkuje ubikwitynacją białek i degradacją przez proteasom. Dwie główne klasy związków, wykorzystujących mechanizmy celowanej degradacji białek, to: kleje molekularne i PROTAC (ang. PROteolysis TArgeting Chimeras). Kleje molekularne są małymi cząsteczkami wzmacniającymi interakcje między ligazą E3 a wybranym białkiem; PROTAC natomiast składa się z dwóch części: jedna rozpoznaje określoną ligazę E3, a druga – wybrane białko.

Kleje molekularne, na przykład: lenalidomid lub pomalidomid, odniosły już sukces kliniczny – są stosowane w leczeniu nowotworów, takich jak szpiczak mnogi. Natomiast kilkanaście związków PROTAC jest obecnie przedmiotem zaawansowanych badań klinicznych, m.in. przeciw rakom piersi czy prostaty. Celowana degradacja białek oferuje możliwość niszczenia białek powodujących choroby, w tym białek onkogennych, i niesie nadzieję na zastosowanie w terapii wielu chorób.