張文彬課題組在活性蛋白質索烴研究中取得新進展

  近日，beat365化學學院張文彬課題組将大腸杆菌胞内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，并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,  http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201705194/full）。

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緻力于借助折疊導向的策略實現蛋白質拓撲結構在工程菌胞内環境下的合成。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，借助SpyCatcher-SpyTag反應對實現了無序蛋白質的胞内索烴化（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 3442-3446）。為了促進索烴化效率并進一步實現蛋白質的胞内拓撲結構工程化，該課題組發展了SpyX基元，以高效率在胞内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）。

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适的産率、收率以及純度實現索烴化。進一步的表征發現，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征。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地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，并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系提供了平台。

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。