化學學院張文彬課題組在活性蛋白質索烴研究中取得新進展

近日，北京大學化學與分子工程學院張文彬課題組將大腸桿菌胞內索烴化策略應用到具有生物活性的功能結構蛋白質的工程化改造中，並探究了索烴化對功能蛋白質性質的影響。相關成果以「Protein Catenation Enhances Both Stability and Activity of Folded Structural Domains」為題發表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed, 2017 DOI: 10.1002/anie.201705194）。

利用 p53 纏繞二聚模板和可基因編碼的諜反應可以實現摺疊活性蛋白質的胞內合成和原位索烴化

超分子與 DNA 能夠較為方便地實現拓撲結構如索烴的合成，但利用蛋白質構建複雜拓撲結構則具有更大的難度。近年來，張文彬研究員課題組致力於藉助摺疊導向的策略實現蛋白質拓撲結構在工程菌胞內環境下的合成。在之前的工作中，該課題組利用腫瘤抑制因子 p53 二聚結構域的纏結特性，藉助 SpyCatcher-SpyTag 反應對實現了無序蛋白質的胞內索烴化（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 3442-3446）。為了促進索烴化效率並進一步實現蛋白質的胞內拓撲結構工程化，該課題組發展了 SpyX 基元，以高效率在胞內定向合成蛋白質索烴、強制性二聚體以及星型蛋白質，發現拓撲工程化可顯著提升蛋白質的酶切耐受性（ACS Cent. Sci. 2017, 3, 473–481）。

基於 SpyX 模塊，可以實現蛋白質的胞內拓撲工程化，合成蛋白質索烴、強制二聚體以及星型蛋白質

在這個工作中，該課題組進一步拓展了拓撲工程的範疇，實現了複雜功能結構蛋白質的索烴化。研究表明，綠色熒光蛋白質以及二氫葉酸還原酶均能以合適的產率、收率以及純度實現索烴化。進一步的表徵發現，索烴化對兩種蛋白質的結構擾動較少，兩者均保留了相應蛋白質的二級結構特徵。更為重要的是，該索烴化策略為目的蛋白質的性質提升帶來了良性效果：相比野生型，索烴化 GFP 的化學變性耐受能力有所增強，抗熱聚集能力提高；索烴化 DHFR 的熱穩定性與體外酶解耐受性都有提高，其熔點提升~4oC，而催化活性則有約 27% 的提升。值得一提的是，這些性質提升都是在不改變功能結構域本身序列的前提下實現的，提示拓撲工程是一個簡單直接改進蛋白質性質的手段。

該工作首次實現了功能結構蛋白質的索烴化，並證明了索烴化對結構蛋白質性質的良性影響。這為創造新穎的蛋白質組裝體以及研究蛋白質拓撲結構與功能和性質之間的聯繫提供了平台。

該工作得到了科技部 863 計劃、國家自然科學基金委和中組部青年千人計劃的資助和支持。

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201705194/full

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