為了更好地關注學術前沿，我們會定期介紹不同期刊中蛋白質結構與功能相關研究最新進展。本期我們推送的是ACS集團旗下的子刊Journal of the American Chemical Society（JACS），主要發表材料、化學、生物學等領域的重要研究進展，2020年的影響因子為15.419。
Higher Order Protein Catenation Leads to an Artificial Antibody with Enhanced Affinity and In Vivo Stability
化學拓撲是蛋白質工程的一個獨特維度，然而蛋白質的拓撲多樣性和結構複雜性在很大程度上尚未被開發利用。在此，作者報告了利用源自p53dim（腫瘤抑制蛋白p53四聚化結構域的糾纏同源二聚體突變體）的理性工程的交叉纏繞肽異二聚體基序合成複雜拓撲蛋白。特定位點的靜電相互作用將p53dim同源二聚體基序轉化為一對異二聚體基序，具有高度特異性，可在摺疊時引導鏈糾纏。其與分離型內含肽介導的連線和/或SpyTag/SpyCatcher化學的結合有助於細胞中蛋白質異質索烴或[n]索烴的程式化合成，從而形成包含各種感興趣蛋白質的複雜蛋白質索烴的通用和模組化方法。串聯不僅增強了靶蛋白的親和力，而且延長了其在血液中的迴圈時間，從而提高了體內的穩定性。作為概念證明，已透過將人類表皮生長因子受體2-特異性附著體嵌入[n]索烴支架上開發出人工抗體，並顯示出比野生型附著體更高的親和力和更好的藥代動力學特徵。這些結果表明拓撲工程在治療性蛋白質的開發中具有巨大的前景。
01
Unraveling the Structural Basis of Selective Inhibition of Human Cytochrome P450 3A5
人類細胞色素P450（CYP）CYP3A4和CYP3A5酶代謝超過一半的上市藥物。它們具有高度的結構和底物相似性，通常作為CYP3A4/5一起研究。然而，CYP3A5優先代謝幾種臨床處方藥物，如他克莫司。CYP3A5的遺傳多型性使基於種族的他克莫司劑量調整成為減少器官移植後急性排斥反應的必要條件。此外，CYP3A4和CYP3A5的不同組織分佈和表達水平可加重治療期間的毒性。因此，需要CYP3A5的選擇性抑制劑來區分CYP3A5和CYP3A4的作用，並作為潛在治療開發的起點。為此，作者報道了CYP3A5與先前報道的選擇性抑制劑丙酸氯倍他索（CBZ）複合物的晶體結構。這是第一個具有I型抑制劑的CYP3A5結構，與先前報道的無底物和II型抑制劑結合結構一起構成了CYP3A5主要的結構形式。在結構指導的突變分析的支援下，CYP3A5-CBZ結構表明，CYP3A5中F-F’ loop的獨特構象使CBZ能夠選擇性結合CYP3A5。包括氫鍵在內的幾個極性相互作用穩定了CBZ的位置，與這種獨特的F-F’ loop構象相互作用。此外，使用CBZ類似物的功能和生物物理分析強調了血紅素鄰近部分對CYP3A5選擇性抑制的重要性。作者的發現可用於指導更有效和選擇性CYP3A5抑制劑的進一步開發。
02
Rational Design of Protein-Specific Folding Modifiers
蛋白質摺疊在體內和體外都可能出錯，分別對生物體和製藥行業造成重大後果。在此，作者提出了一種基於小肽的蛋白質特異性摺疊修飾劑的設計原則。其原理是基於構建一個“異種核”，這是一種預摺疊的肽，模擬蛋白質的摺疊核心。利用停流動力學、核磁共振光譜、Förster共振能量轉移、單分子力測量和分子動力學模擬，作者證明異種核可以使泛素的摺疊速度加快33±5%，而相同肽的突變體幾乎沒有影響。作者的方法提供了一種新的方法，用於為具有明確的相鄰摺疊核的合適蛋白質構建特異的、遺傳上可編碼的摺疊催化劑。
03
A Remote Secondary Binding Pocket Promotes Heteromultivalent Targeting of DC-SIGN
樹突狀細胞（DC）是抗原呈遞細胞，協調先天性和適應性免疫反應的相互作用。內吞C型凝集素受體DC-SIGN和Langerin的表達譜僅限於不同的DC亞型，已成為下一代免疫治療和抗感染藥物的主要靶點。利用多價脂質體將含有芳香苷元的甘露糖苷與天然聚糖配體共表達，作者意外地發現對DC-SIGN具有顯著的協同效應，但對Langerin細胞系沒有。將核磁共振波譜與分子對接和分子動力學模擬相結合的機制研究導致了糖模擬物二級結合口袋的識別。這個口袋位於DC-SIGN碳水化合物結合位點的遠端，可以透過異源多價親和力增強來影響。作者進一步提出初步證據，證明苷元變構啟用聚糖識別，從而有助於DC-SIGN特異性細胞靶向性。作者的研究結果對翻譯和基礎糖科學都有重要意義，展示了DC的異源多價靶向性以提高特異性，並支援DC-SIGN和CLR的潛在變構調節。
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Proximity-Dependent Labeling of Cysteines
繪製蛋白質-蛋白質相互作用圖對於理解活細胞中的各種訊號通路至關重要，為此目的開發新技術引起了大量興趣。經典方法（如酵母雙雜交）已被標記近端蛋白質（如BioID、APEX）的更復雜的化學方法所取代。在此，作者描述了一種基於鄰近性的方法，該方法只標記半胱氨酸。作者的方法利用煙醯胺N-甲基轉移酶（NNMT）催化的炔取代4-氯吡啶（SS6）甲基化。吡啶氮甲基化後，這種潛在的親電試劑擴散出活性位點，並在短時間內標記近端蛋白質(≤5分鐘）。作者透過鑑定蛋白質精氨酸脫亞胺酶2（PAD2）和丙酮酸脫氫酶激酶1（PDK1）的已知（和新穎的）相互作用來驗證這種方法。據作者所知，這項技術獨特地利用自殺底物來標記活細胞中的近端半胱氨酸。
05
Enzymatic C-Terminal Protein Engineering with Amines
化學酶蛋白和肽修飾是一種強有力的手段，可以產生明確的、均一的產物，用於各種應用。然而，轉肽酶的使用受到製備待連線的合成肽結合物、產物中殘留大量識別標籤和低效底物轉換的限制。在此，作者報告了一種肽/蛋白質標記策略，該策略利用混雜的工程化轉肽酶在天冬醯胺C端不可逆地結合多種商用胺。為了證明這種方法的實用性，作者製備了一種蛋白質-藥物結合物，產生了一種遺傳上難以達到的C-to-C蛋白質融合，並在連續步驟中對單個蛋白質的兩個末端進行位點特異性標記。
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