化学拓扑是蛋白质工程的一个独特维度。在过去几年中，自然界中拓扑非平凡蛋白质的发现已经揭示了它们许多潜在的功能优势，例如增强的热/机械/化学稳定性。因此，改造蛋白质的化学拓扑结构有望改造与治疗相关的蛋白质和工业酶。组装反应协同作用已被确立为合成拓扑蛋白的有效策略。强制要求使用两种类型的基因编码化学工具：一种用于选择性链缠结成特定几何形状，另一种用于位点特异性共价连接。迄今为止，在前一类中只鉴定了少数基序，并发现它们适用于拓扑蛋白质的合成，迫切需要更有效的缠绕蛋白质基序。近日，张文斌教授课题组设计了一种高效的缠绕蛋白异二聚体通过改造 p53dim 同源二聚体，并用它来合成复杂的蛋白质高阶 [n] 链烷，这显示了作为人工抗体的潜在应用。
p53dim 是肿瘤抑制蛋白 p53 的四聚化结构域的缠结同源二聚体突变体。在这项工作中，通过将其二聚体界面上的中性亲水残基对改变为带正电荷或带负电荷的残基，带相同电荷的残基之间的静电排斥阻止了同二聚体的形成，而带相反电荷的残基之间的静电吸引力促进了异二聚体的形成，从而产生一对缠绕的蛋白质异源二聚体：X+(T5R/Q7R) 和 X-(T5E/Q7E)(T：苏氨酸，Q：谷氨酰胺，R：精氨酸，E：谷氨酸)。工程化的 p53dim 异二聚体可以选择性地缠结不同的蛋白质链。其与正交遗传编码蛋白质环化工具(如分裂内含肽)的组合允许具有各种感兴趣的蛋白质 (POI) 的蛋白质杂链的细胞合成。在包含两个或三个串联 X-基序的初级蛋白质环支架和包含一个 X+的次级环的共表达期间，它们的组装和相互正交的闭环反应(分裂内含肽和 SpyTag-SpyCatcher 化学)促进了蛋白质 [3] 或 [4] 链的有效形成。高阶蛋白质链脚手架可耐受各种 POI 的插入，例如人类表皮生长因子受体 2 特异性亲和体 (AffiHER2) 或 sfGFP，为设计多价功能蛋白质系统提供了良好的候选者。将 AffiHER2 结合到 [n] 链支架上会产生人工抗体(称为 [n] 猫体)，其结合亲和力提高([4] 猫体的约 8 倍)、延长的血清半衰期(约 10 倍)和良好的肿瘤积累。该研究通过扩展蛋白质缠结基序的工具包，成功实现了复杂拓扑蛋白质的合成，
这项工作最近发表在《美国化学学会杂志》上(标题为“Higher Order Protein Catnation Leads to ananthrop Antibody with Enhanced Affinity and In Vivo Stability”，DOI：10.1021/jacs.1c06169)。第一作者为吴文浩博士，通讯作者为张文斌教授、魏伟教授。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、北京市分子科学国家实验室、北京大学临床医学+X项目、国家自然科学基金面上项目的部分资助。中央高校、生化工程国家重点实验室开放资助项目。
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