Nat.Chem. || 通过串联转酰胺作用的蛋白质工程

  • A+

给大家分享一篇今年9月份发表在Nature Chemistry的文章,Protein engineering through tandem transamidationDOI: 10.1038/s41557-019-0281-2)。本文的通讯作者Tom. W. Muir,是普林斯顿大学化学系教授,Muir实验室主要研究生物医学相关的复杂系统中的蛋白质功能。通过结合有机化学、生物化学和细胞生物学的工具,开发了一套新技术,对蛋白质如何工作进行了阐释。http://chemlabs.princeton.edu/muir/pi-tom-muir/

能够揭示潜在分子机制的准确方法是研究复杂生物过程的关键,通过含有非编码部分(如翻译后修饰(PTMs)、非天然氨基酸和生物物理探针)的修饰蛋白来研究复杂的生物过程在理解生物的分子机制中发挥着关键作用。合成专门进行化学研究的蛋白质通常依赖于化学合成和重组脱氧核糖核酸技术的融合,两种方法都无法单独进入分子空间。特别是基于连接的半合成技术,其中由包含合成肽和重组蛋白质的构件组装而成的靶,被广泛用于产生带有非遗传编码元件的蛋白质。理想情况下,基于连接的方法应该具有以下特点:应该是无化学痕迹的,在蛋白质产物中留下最小的(或没有)连接疤痕;应该使用易于组装的反应手柄或助剂;应该是高产的,并与低浓度的多肽反应物相容。尽管这一领域的现有方法满足其中的一个或多个标准,但没有一种方法拥有上述所有特点。因此,一种更容易获得的高效且无痕的半合成蛋白质的合成方法将更加有助于解决蛋白质科学中的问题。

将半合成蛋白质设计为含有非编码元素,如翻译后修饰(PTMs),是一类探索生物过程的强大工具。作者设计了一种化学酶连接方法,利用分裂内含肽的潜能进行半合成。分裂内含肽被认为是“天然的蛋白质连接酶”,因为它们在蛋白质反式剪接(PTS)的过程中介导附加多肽的组装。文章将共识-快速分裂内含肽(Cfa)整合到工作流程中。Cfa支持极其高效的PTS,并且由于氮和碳结合蛋白片段(IntNIntC)固有的高亲和力,PTS可以在非常低浓度的反应物中进行。但使用Cfa进行蛋白质半合成受到IntNIntC片段(分别为约10135个残基)大尺寸的极大限制。于是,作者在两个不同的反应阶段进行半合成蛋白的组装(图1):第一阶段,截短的内含肽(Truncated Int)和带有短多肽序列(overhang)的合成肽通过酶促转肽酶生成功能性分裂内含肽片段,短多肽序列完成内含肽序列;第二个阶段,新产生的内含肽通过PTS与重组蛋白反应,融合到互补的Cfa上。这一过程被称为转肽酶辅助的内含肽连接(TAIL),其具有两个重要的属性:(1)由于采用了短的反应性操作(简单的、未修饰的肽“overhang),合成肽构建模块变得更容易接近;(2)无迹PTS步骤是不可逆的,将促进完成整个过程,在低浓度的反应物下,以高收率提供所需的半合成产物。

该方法应用的串联转酰胺化反应级联整合了内含肽介导的蛋白质剪接和酶介导的肽连接,可用于将PTMs和生化探针引入一系列蛋白质,包括Cas9核酸酶和突变时会导致Rett综合征的转录调节因子MeCP2。文章通过在天然染色质环境中对组蛋白进行化学修饰,进一步说明了该方法的多功能性,为蛋白质工程中半合成研究提供了强有力的工具。

解释:Rett综合征是一种早期精神发育正常,随后以动作技能与智力进行性衰退为特征的广泛性发育障碍,绝大多数见于女童。是一种性显性遗传性神经系统疾病。



weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论:0