給大家分享一篇今年9月份發(fā)表在Nature Chemistry的文章，Protein engineering through tandem transamidation（DOI: 10.1038/s41557-019-0281-2）。本文的通訊作者Tom. W. Muir，是普林斯頓大學(xué)化學(xué)系教授，Muir實驗室主要研究生物醫(yī)學(xué)相關(guān)的復(fù)雜系統(tǒng)中的蛋白質(zhì)功能。通過結(jié)合有機化學(xué)、生物化學(xué)和細胞生物學(xué)的工具，開發(fā)了一套新技術(shù)，對蛋白質(zhì)如何工作進行了闡釋。（http://chemlabs.princeton.edu/muir/pi-tom-muir/）
能夠揭示潛在分子機制的準確方法是研究復(fù)雜生物過程的關(guān)鍵，通過含有非編碼部分(如翻譯后修飾(PTMs)、非天然氨基酸和生物物理探針)的修飾蛋白來研究復(fù)雜的生物過程在理解生物的分子機制中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。合成專門進行化學(xué)研究的蛋白質(zhì)通常依賴于化學(xué)合成和重組脫氧核糖核酸技術(shù)的融合，兩種方法都無法單獨進入分子空間。特別是基于連接的半合成技術(shù)，其中由包含合成肽和重組蛋白質(zhì)的構(gòu)件組裝而成的靶，被廣泛用于產(chǎn)生帶有非遺傳編碼元件的蛋白質(zhì)。理想情況下，基于連接的方法應(yīng)該具有以下特點:應(yīng)該是無化學(xué)痕跡的，在蛋白質(zhì)產(chǎn)物中留下最小的(或沒有)連接“疤痕”；應(yīng)該使用易于組裝的反應(yīng)手柄或助劑；應(yīng)該是高產(chǎn)的，并與低濃度的多肽反應(yīng)物相容。盡管這一領(lǐng)域的現(xiàn)有方法滿足其中的一個或多個標準，但沒有一種方法擁有上述所有特點。因此，一種更容易獲得的高效且無痕的半合成蛋白質(zhì)的合成方法將更加有助于解決蛋白質(zhì)科學(xué)中的問題。
將半合成蛋白質(zhì)設(shè)計為含有非編碼元素，如翻譯后修飾(PTMs)，是一類探索生物過程的強大工具。作者設(shè)計了一種化學(xué)酶連接方法，利用分裂內(nèi)含肽的潛能進行半合成。分裂內(nèi)含肽被認為是“天然的蛋白質(zhì)連接酶”，因為它們在蛋白質(zhì)反式剪接(PTS)的過程中介導(dǎo)附加多肽的組裝。文章將共識-快速分裂內(nèi)含肽(Cfa)整合到工作流程中。Cfa支持極其高效的PTS，并且由于氮和碳結(jié)合蛋白片段(IntN和IntC)固有的高親和力，PTS可以在非常低濃度的反應(yīng)物中進行。但使用Cfa進行蛋白質(zhì)半合成受到IntN和IntC片段(分別為約101和35個殘基)大尺寸的極大限制。于是，作者在兩個不同的反應(yīng)階段進行半合成蛋白的組裝（圖1）：第一階段，截短的內(nèi)含肽（Truncated Int）和帶有短多肽序列(overhang)的合成肽通過酶促轉(zhuǎn)肽酶生成功能性分裂內(nèi)含肽片段，短多肽序列完成內(nèi)含肽序列；第二個階段，新產(chǎn)生的內(nèi)含肽通過PTS與重組蛋白反應(yīng)，融合到互補的Cfa上。這一過程被稱為轉(zhuǎn)肽酶輔助的內(nèi)含肽連接(TAIL)，其具有兩個重要的屬性:(1)由于采用了短的反應(yīng)性操作(簡單的、未修飾的肽“overhang”)，合成肽構(gòu)建模塊變得更容易接近；(2)無跡PTS步驟是不可逆的，將促進完成整個過程，在低濃度的反應(yīng)物下，以高收率提供所需的半合成產(chǎn)物。
該方法應(yīng)用的串聯(lián)轉(zhuǎn)酰胺化反應(yīng)級聯(lián)整合了內(nèi)含肽介導(dǎo)的蛋白質(zhì)剪接和酶介導(dǎo)的肽連接，可用于將PTMs和生化探針引入一系列蛋白質(zhì)，包括Cas9核酸酶和突變時會導(dǎo)致Rett綜合征的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子MeCP2。文章通過在天然染色質(zhì)環(huán)境中對組蛋白進行化學(xué)修飾，進一步說明了該方法的多功能性，為蛋白質(zhì)工程中半合成研究提供了強有力的工具。
解釋：Rett綜合征是一種早期精神發(fā)育正常，隨后以動作技能與智力進行性衰退為特征的廣泛性發(fā)育障礙，絕大多數(shù)見于女童。是一種性顯性遺傳性神經(jīng)系統(tǒng)疾病。
