蛋白质是生命活动的主要承担者,其在细胞中的异常表达和积累是引起细胞功能异常的重要原因之一。对蛋白质的精确降解是人们研究蛋白质功能、调控蛋白质活动和治疗蛋白质异常相关疾病的重要手段。基于细胞中天然存在的泛素-蛋白酶体途径开发的蛋白质靶向降解系统是实现蛋白质精确降解的一类有力工具。本人所在课题组以E3泛素酶trim21为关键组分,结合嵌合抗体异源表达策略成功构建了一种哺乳动物细胞内靶向降解蛋白质的工具Protein Predator,可以在胞内实现对靶蛋白质高效、精准的降解。然而,该系统缺乏可调控性,其在细胞内降解蛋白的过程无法受到精确控制,这在一定程度上限制了Protein Predator的应用范围。针对这一缺陷,本文分别在Protein Predator的蛋白质表达层面和蛋白质相互作用层面引入调控元件,设计了可以被外源信号调控的蛋白质靶向降解系统。在蛋白质表达层面,本文基于碳水化合物响应元件结合蛋白Ch REBP和碳水化合物响应元件Cho RE设计了一种可响应细胞外葡萄糖浓度变化的糖响应启动子,并对其进行了充分的表征,验证了该启动子在葡萄糖的刺激下调控下游基因表达的功能。进一步,将糖响应启动子引入Protein Predator系统,设计了具有葡萄糖响应功能的蛋白质靶向降解系统Glucose Inducible GCGR Predator,并在Hep G2细胞平台验证了该降解系统在外源葡萄糖刺激下对靶蛋白GCGR的降解作用。结果显示,在Hep G2细胞中,Glucose Inducible GCGR Predator系统对GCGR的降解强度与外源葡萄糖的浓度紧密相关,充分证明了该系统是一种受外源葡萄糖调控的蛋白质靶向降解系统。在蛋白质相互作用层面,本文改进了Trim21的结构及Protein Predator的作用模式,以Doc S-Coh2蛋白二聚化替换Trim21 PRYSPRY-Ig G Fc相互作用,设计了GFP Predator Pro,通过该系统对靶蛋白GFP的降解效果验证蛋白质相互作用替换的可行性。以此为基础,本文以小分子雷帕霉素诱导的FRB-FKBP蛋白质二聚化替换Doc S-Coh2蛋白质二聚化,在蛋白质相互作用层面引入调控元件,设计了一种受雷帕霉素直接调控的蛋白质靶向降解系统Ri Pre Pro,并验证了该系统在雷帕霉素诱导下对靶蛋白的降解效果。本文构建并表征了一种可响应外源葡萄糖的启动子,进一步将该启动子与Protein Predator结合构建了一种在蛋白质表达层面受外源葡萄糖调控的蛋白质靶向降解系统;以雷帕霉素诱导的蛋白质二聚化替换Protein Predator系统中的关键蛋白质互作,构建了一种受雷帕霉素直接调控的蛋白质靶向降解系统。这种受外源信号调控的蛋白质靶向降解系统可以为哺乳动物细胞内特定蛋白质的精确降解提供一种可调控的工具,也有望为蛋白质异常相关疾病的临床研究提供一种有效的手段。