化學拓撲是蛋白質工程的一個獨特維度。在過去幾年中，自然界中拓撲非平凡蛋白質的發(fā)現(xiàn)已經揭示了它們許多潛在的功能優(yōu)勢，例如增強的熱/機械/化學穩(wěn)定性。因此，改造蛋白質的化學拓撲結構有望改造與治療相關的蛋白質和工業(yè)酶。組裝反應協(xié)同作用已被確立為合成拓撲蛋白的有效策略。強制要求使用兩種類型的基因編碼化學工具：一種用于選擇性鏈纏結成特定幾何形狀，另一種用于位點特異性共價連接。迄今為止，在前一類中只鑒定了少數(shù)基序，并發(fā)現(xiàn)它們適用于拓撲蛋白質的合成，迫切需要更有效的纏繞蛋白質基序。近日，張文斌教授課題組設計了一種高效的纏繞蛋白異二聚體通過改造 p53dim 同源二聚體，并用它來合成復雜的蛋白質高階 [n] 鏈烷，這顯示了作為人工抗體的潛在應用。
p53dim 是腫瘤抑制蛋白 p53 的四聚化結構域的纏結同源二聚體突變體。在這項工作中，通過將其二聚體界面上的中性親水殘基對改變?yōu)閹д姾苫驇ж撾姾傻臍埢?，帶相同電荷的殘基之間的靜電排斥阻止了同二聚體的形成，而帶相反電荷的殘基之間的靜電吸引力促進了異二聚體的形成，從而產生一對纏繞的蛋白質異源二聚體：X+(T5R/Q7R) 和 X-(T5E/Q7E)(T：蘇氨酸，Q：谷氨酰胺，R：精氨酸，E：谷氨酸)。工程化的 p53dim 異二聚體可以選擇性地纏結不同的蛋白質鏈。其與正交遺傳編碼蛋白質環(huán)化工具(如分裂內含肽)的組合允許具有各種感興趣的蛋白質 (POI) 的蛋白質雜鏈的細胞合成。在包含兩個或三個串聯(lián) X-基序的初級蛋白質環(huán)支架和包含一個 X+的次級環(huán)的共表達期間，它們的組裝和相互正交的閉環(huán)反應(分裂內含肽和 SpyTag-SpyCatcher 化學)促進了蛋白質 [3] 或 [4] 鏈的有效形成。高階蛋白質鏈腳手架可耐受各種 POI 的插入，例如人類表皮生長因子受體 2 特異性親和體 (AffiHER2) 或 sfGFP，為設計多價功能蛋白質系統(tǒng)提供了良好的候選者。將 AffiHER2 結合到 [n] 鏈支架上會產生人工抗體(稱為 [n] 貓體)，其結合親和力提高([4] 貓體的約 8 倍)、延長的血清半衰期(約 10 倍)和良好的腫瘤積累。該研究通過擴展蛋白質纏結基序的工具包，成功實現(xiàn)了復雜拓撲蛋白質的合成，
這項工作最近發(fā)表在《美國化學學會雜志》上(標題為“Higher Order Protein Catnation Leads to ananthrop Antibody with Enhanced Affinity and In Vivo Stability”，DOI：10.1021/jacs.1c06169)。第一作者為吳文浩博士，通訊作者為張文斌教授、魏偉教授。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、北京市自然科學基金、北京市分子科學國家實驗室、北京大學臨床醫(yī)學+X項目、國家自然科學基金面上項目的部分資助。中央高校、生化工程國家重點實驗室開放資助項目。
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