Preventing the biogenesis of disease-relevant proteins is an attractive therapeutic strategy, but attempts to target essential protein biogenesis factors have been hampered by excessive toxicity. Here, we describe KZR-8445, a cyclic depsipeptide that targets the Sec61 translocon and selectively disrupts secretory and membrane protein biogenesis in a signal peptide-dependent manner. KZR-8445 potently inhibits the secretion of proinflammatory cytokines in primary immune cells and is highly efficacious in a mouse model of rheumatoid arthritis. A cryo-EM structure reveals that KZR-8445 occupies the fully opened Se61 lateral gate and blocks access to the lumenal plug domain. KZR-8445 binding stabilizes the lateral gate helices in a manner that traps select signal peptides in the Sec61 channel and prevents their movement into the lipid bilayer. Our results establish a framework for the structure-guided discovery of novel therapeutics that selectively modulate Sec61-mediated protein biogenesis.

Abstract Protein translocation across the endoplasmic reticulum (ER) membrane is an essential initial step in protein entry into the secretory pathway. The conserved Sec61 protein translocon facilitates polypeptide translocation and coordinates cotranslational polypeptide processing events. In cells, the majority of Sec61 is stably associated with a heterotetrameric membrane protein complex, the translocon associated protein complex (TRAP), yet the mechanism by which TRAP assists in polypeptide translocation or cotranslational modifications such as N-glycosylation remains unknown. Here, we demonstrate the structure of the core Sec61/TRAP complex bound to a mammalian ribosome by Cryo-EM. The interactions with ribosome anchor the Sec61/TRAP complex in a conformation that renders the ER membrane locally thinner by significantly curving its the lumenal leaflet. We propose a model for how TRAP stabilizes the ribosome exit tunnel to assist nascent polypeptide insertion through Sec61 and provides a ratcheting mechanism into the ER lumen by direct polypeptide interactions.