分享一篇發(fā)表在JACS上的文章Stapled β?Hairpins Featuring 4?Mercaptoproline，通訊作者是來(lái)自美國(guó)Tufts大學(xué)的Joshua A.Kritzer教授，他的研究方向主要是蛋白靶向肽及其模擬物的設(shè)計(jì)、篩選和開(kāi)發(fā)。
限制性多肽是蛋白質(zhì)配體的豐富來(lái)源，往往能以高親和力和特異性結(jié)合到蛋白表面，但許多用于發(fā)現(xiàn)限制性多肽的方法難以運(yùn)用到非蛋白性氨基酸和化學(xué)交聯(lián)上，而計(jì)算設(shè)計(jì)可能是一條更直接的途徑。在本文中，作者描述了由四個(gè)非蛋白性氨基酸組成的β-發(fā)夾的計(jì)算設(shè)計(jì)，并通過(guò)新的分子內(nèi)交聯(lián)進(jìn)一步穩(wěn)定。
此前，Timmerman等人開(kāi)創(chuàng)了“CLIPS”反應(yīng)，通過(guò)二溴甲苯進(jìn)行半胱氨酸的烷基化，從而穩(wěn)定環(huán)和α-螺旋結(jié)構(gòu)，此方法也適用于D-Cys、homo-Cys、青霉胺等。作者設(shè)想使用相同的化學(xué)物質(zhì)來(lái)裝訂4-巰基脯氨酸(4MP)。4MP是羥脯氨酸的類(lèi)似物，先前被用于天然化學(xué)連接和研究脯氨酸構(gòu)象。相比于Cys，4MP具有更強(qiáng)的扭轉(zhuǎn)剛性和多達(dá)四種可用的立體異構(gòu)體來(lái)改變staple的幾何形狀。由于脯氨酸對(duì)于β-turns結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，作者選擇β-hairpin多肽HP7作為模型系統(tǒng)來(lái)研究4MP的裝訂。
先前的計(jì)算方法往往通過(guò)設(shè)計(jì)具有良好折疊的二級(jí)結(jié)構(gòu)支架，然后將二硫鍵嫁接到已經(jīng)設(shè)計(jì)的支架上，但這種策略對(duì)4MP等非天然氨基酸以及cross-linker的采樣效果不佳；在本文中，作者采取了一種新思路：通過(guò)對(duì)各種裝訂形式進(jìn)行系統(tǒng)建模，來(lái)找到那些兼容特定二級(jí)結(jié)構(gòu)的staple，并將剩余肽段嫁接到staple上。作者使用RDKit為4MP的兩種立體異構(gòu)體、CLIPS反應(yīng)交聯(lián)劑以及Cys/homo-Cys所有可能的排列生成大量構(gòu)象，并進(jìn)行能量最小化。隨后，在29個(gè)具有晶體結(jié)構(gòu)的β-turns模板庫(kù)中進(jìn)行搜索，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的staple與含有D-Pro和Acpc的β-turns匹配地很好，將這兩個(gè)轉(zhuǎn)角殘基嫁接到設(shè)計(jì)的staple上即形成了裝訂的β-turn。最后，將裝訂的β-turn引入β-hairpin模式序列HP7，發(fā)現(xiàn)4MP的引入導(dǎo)致典型發(fā)夾結(jié)構(gòu)被破壞，但在4MP的對(duì)側(cè)引入D型氨基酸即可允許β-hairpin的延伸?？偟脕?lái)說(shuō)，完整的β-hairpin序列包括設(shè)計(jì)的staple，連接的β-turn，引入的D-氨基酸以及HP7序列中的反平行β-strands。最終，進(jìn)行一輪側(cè)鏈設(shè)計(jì)，得到新序列4MP-m以及未裝訂的4MP-a。
后續(xù)對(duì)4MP-m和4MP-a的一系列實(shí)驗(yàn)表明，裝訂后的β-hairpin相比于模式序列HP7在圓二色譜中表現(xiàn)出更結(jié)構(gòu)化的特征。盡管裝訂并未顯著增強(qiáng)熱穩(wěn)定性，但細(xì)胞實(shí)驗(yàn)顯示裝訂后的β-hairpin可以很好地抵抗蛋白酶的降解，并具有中等程度的細(xì)胞滲透性，且在30uM以內(nèi)均未觀察到細(xì)胞毒性。
總之，作者提供了一種新的計(jì)算方法，可運(yùn)用于各種裝訂類(lèi)型和二級(jí)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。此外，作者還展示了4-巰基脯氨酸作為訂書(shū)肽組分的可行性。由于脯氨酸是包括β-hairpin在內(nèi)若干二級(jí)結(jié)構(gòu)的促進(jìn)殘基，作者預(yù)計(jì)4MP等新型殘基的引入還能為藥物開(kāi)發(fā)提供更多獨(dú)特的支架。
本文作者：WFZ
責(zé)任編輯：WQW
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c04378?ref=pdf
文章引用：DOI：10.1021/jacs.1c04378
