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拓?fù)涫?/span>鏈?zhǔn)?/span>大分子的重要結(jié)構(gòu)屬性。變化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也是調(diào)控大分子性質(zhì)和功能的常用手段。近年來，具有環(huán)狀、打結(jié)和鏈環(huán)等非線性化學(xué)拓?fù)?/span>結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，其研究揭示了拓?fù)?/span>結(jié)構(gòu)可能會給蛋白質(zhì)帶來穩(wěn)定化作用。這為工業(yè)酶、蛋白質(zhì)藥物等研發(fā)改性提供了嶄新的思路。基于“組裝-反應(yīng)”協(xié)同的思想，人們利用可基因編碼的蛋白質(zhì)纏結(jié)基元和反應(yīng)基元，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了不同拓?fù)涞鞍?/span>質(zhì)的高效生物合成，并意識到這些基元對于發(fā)展蛋白質(zhì)拓?fù)涔こ讨陵P(guān)重要。目前，盡管可基因編碼的蛋白質(zhì)偶聯(lián)工具已經(jīng)獲得了極大的豐富與發(fā)展，高效可控的蛋白質(zhì)纏結(jié)基元卻相對缺乏，大大限制了復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的合成。最近，張文彬課題組對經(jīng)典的p53dim蛋白質(zhì)同質(zhì)纏結(jié)基元進(jìn)行工程化，發(fā)展了高效特異的蛋白質(zhì)異質(zhì)纏結(jié)二聚體，實(shí)現(xiàn)了包括蛋白質(zhì)高階索烴的生物合成，并初步探索了其在人工抗體領(lǐng)域的應(yīng)用。

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p53dim是源于腫瘤抑制蛋白p53的一個同質(zhì)二聚纏結(jié)基元。在該工作中，研究者在其二聚界面通過突變引入帶電殘基，利用靜電作用“同類相斥、異類相吸”的特點(diǎn)，使同質(zhì)二聚體變得不穩(wěn)定，得到一對異質(zhì)二聚的p53dim纏結(jié)基元:X+（T5R/Q7R）和X-（T5E/Q7E）（其中T為蘇氨酸，Q為谷氨酰胺，R為精氨酸，E為谷氨酸）。該基元可在細(xì)胞內(nèi)選擇性誘導(dǎo)兩條不同蛋白質(zhì)鏈纏結(jié)組裝，結(jié)合彼此正交的分離型內(nèi)含肽介導(dǎo)的偶聯(lián)關(guān)環(huán)反應(yīng)，就可制備含有不同目標(biāo)蛋白的蛋白質(zhì)異質(zhì)索烴。而通過分別表達(dá)含有2個或3個串聯(lián)X-基元的大環(huán)蛋白骨架和與之纏結(jié)組裝的含有1個X+基元的小環(huán)蛋白基元，結(jié)合彼此嚴(yán)格正交的分離型內(nèi)含肽主鏈偶聯(lián)反應(yīng)和諜標(biāo)簽-諜捕手側(cè)鏈偶聯(lián)反應(yīng)，即可進(jìn)一步在細(xì)胞內(nèi)原位實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)[3]索烴和[4]索烴的高效合成。該體系還容許通過基因編碼在小環(huán)內(nèi)插入多種不同結(jié)構(gòu)的目標(biāo)蛋白質(zhì)（如人表皮生長因子受體2的親和體AffiHER2和超折疊綠色熒光蛋白sfGFP），為構(gòu)建兼具多價性和穩(wěn)定性的功能蛋白質(zhì)提供了優(yōu)良的結(jié)構(gòu)骨架。此類含有AffiHER2的高階蛋白質(zhì)索烴可被看成是多價的人工抗體類似物，因此命名為[n]索烴抗體（如[3]catbody和[4]catbody）。[n]索烴抗體展示了比野生型AffiHER2更高的親和力和穩(wěn)定性。例如，[4]索烴抗體的親和力提升了約8倍，而其在小鼠體內(nèi)的半衰期也從前體的~0.5小時延長到了~5.1小時，并可在腫瘤處實(shí)現(xiàn)富集。該工作使復(fù)雜高階索烴的生物合成成為可能，并揭示其在蛋白質(zhì)藥物開發(fā)中富具前景。

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該研究近期在線發(fā)表于Journal of the American Chemical Society。北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院博士后吳文豪為該論文第一作者。北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院張文彬教授和中國科學(xué)院過程工程研究所魏煒研究員為論文共同通訊作者。該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、北京大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)+X青年專項(xiàng)、生化工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金以及中國博士后科學(xué)基金的資助。

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原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c06169

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