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。
01 Synthetic O-Acetylated Sialosides and their Acetamido-deoxy Analogues as Probes for Coronaviral Hemagglutinin-esterase Recognition
O-乙醯化是唾液酸的一種常見修飾，可發生在C4-、7-、8-和/或9上。乙醯化唾液酸苷被幾種β冠狀病毒和toroviruses以及流感C和D病毒用作受體。這些病毒識別特定O-乙醯化唾液酸苷的分子基礎尚不清楚，也不清楚病毒是如何進化來識別宿主表達的特定O-乙醯化唾液酸苷的。在這裡，作者描述了一種化學酶法，它可以很容易地提供唾液聚糖類似物，其中C4和/或C7上的乙醯酯被穩定的乙醯胺取代。這些類似物及其天然對應物用於檢測冠狀病毒血凝素酯酶（HEs）凝集素結構域的配體需求。研究表明，針對不同物種宿主的病毒的HEs對O-乙醯化有不同的要求。此外，酯-醯胺的變化會導致結合減少或喪失。STD NMR和BCoV的HE與乙醯氨基類似物和天然對應物的複合物的分子建模表明，結合受唾液酸苷的乙醯部分和凝集素的疏水斑塊之間的互補性控制。這些要素的精確空間排列很重要，酯到醯胺的變化會導致大量結合喪失。感染其他物種的冠狀病毒HEs的分子動力學模擬表明，這些病毒透過加入疏水或親水元素來調節乙醯酯識別，從而調整了其HE特異性。
02 Single-molecule Detection of Ultrafast Biomolecular Dynamics with Nanophotonics
單分子Förster共振能量轉移（FRET）是一種多用途的技術，可以用於探測生物分子的結構和動力學，即使是在不均一的系統中。然而，由於每個分子的熒光亮度有限，且熒光壽命相對較長，因此在納秒時間尺度上探測超快結構動力學迄今為止非常具有挑戰性。在這裡，作者證明了零模波導中的奈米光子熒光增強透過顯著提高時間解析度和減少超過一個數量級的資料採集時間，實現了對以前無法實現的低納秒動力學的測量。作為一個典型的例子，作者使用這種方法來探測一種短的內在無序肽的動力學，這種肽以前無法透過單分子FRET測量獲得。結果表明，作者現在能夠檢測到這種肽中的低納秒相關性，並結合全原子分子動力學模擬，獲得了對潛在距離分佈和動力學的詳細解釋，這與實驗非常吻合。作者期望這種組合方法能廣泛應用於快速生物分子動力學的研究。
03 Bicyclic Picomolar OGA Inhibitors Enable Chemoproteomic Mapping of Its Endogenous Post-translational Modifications
由於其在人類健康和疾病中的作用，用O-連線的N-乙醯氨基葡萄糖（O-GlcNAc）修飾核蛋白、細胞質蛋白和線粒體蛋白已成為一個非常引人關注的話題。儘管細胞內數百種蛋白質上存在O-GlcNAc，但只有兩種酶調節這種修飾。其中一種酶是O-GlcNAcase（OGA），這是一種二聚糖苷水解酶，具有較深的活性位點裂縫，可容納多種底物。控制OGA的化學工具正在成為幫助解碼O-GlcNAc途徑的生化和細胞功能的重要資源。在這裡，作者描述了理性設計的雙環噻唑烷抑制劑，其對人OGA具有極好的選擇性和皮摩爾抑制作用。這些抑制劑與人類OGA的複合物結構揭示了其特殊效力的基礎，並表明它們延伸出酶活性位點裂縫。利用這種結構，作者建立了一種高親和力的化學蛋白質組探針，可以從大腦中簡單地一步純化內源性OGA，並對其翻譯後修飾進行有針對性的蛋白質組圖譜繪製。這些資料揭示了一系列新的修飾，包括一些鮮為人知的修飾，如O-泛素化和N-甲醯化。作者預計，這些抑制劑和化學蛋白質組學探針將被證明是破譯OGA調節的基本工具。此外，這裡描述的抑制劑和結構描繪了一幅藍圖，將能夠建立化學探針和工具來檢測OGA和其他碳水化合物活性酶。
04 An Enzymatic Platform for Primary Amination of 1-Aryl-2-alkyl Alkynes
丙炔胺是一種用途廣泛的合成中間體，在製藥工業中有著廣泛的應用。高效製備這些化合物的一個有吸引力的策略是氮烯炔丙基C(sp3)-H插入。然而，透過良好的化學、區域和對映選擇性控制實現這一反應已被證明是一個挑戰。在這裡，作者報道了一個酶平臺，用於以羥胺衍生物為氮烯前體的炔烴對映選擇性炔丙基胺化反應。經過八輪定向進化，獲得了催化這種轉化的細胞色素P450突變體PA-G8。PA-G8可接受多種1-芳基-2-烷基炔烴，包括雜環芳烴。這種生物催化過程是高效和選擇性的（高達2610 TTN和96% ee），可以進行規模化製備。
05 Peptide Tethering: Pocket-Directed Fragment Screening for Peptidomimetic Inhibitor Discovery
限制性肽已被證明是蛋白質表面配體的豐富來源，但其結合效力往往有限。進入受體表面未被佔據裂隙的非天然側鏈的發展為增強結合親和力提供了一條潛在途徑。作者最近描述了一種建立蛋白質表面地形圖的計算方法，以指導非天然側鏈的設計。計算方法AlphaSpace用於預測p300/CBP共啟用劑KIX結構域的肽配體。KIX一直是眾多配體發現策略的關注點，但其與轉錄因子相互作用的有效抑制劑仍然難以獲得。儘管計算方法顯著增強了肽的結合親和力，但非天然側鏈的微調需要實驗篩選方法。在這裡，作者實施了一種peptide-tethering策略，計算-實驗相結合的方法為最佳化擬肽類作為蛋白質-蛋白質相互作用抑制劑提供了一個通用框架。
06 Total Chemical Synthesis of Correctly Folded Disulfide-Rich Proteins Using a Removable O-Linked β-N-Acetylglucosamine Strategy
富含二硫鍵的蛋白質在生物醫學研究中可用作藥物或工具分子，但它們的合成因摺疊困難而複雜。在這裡，作者描述了一種可移除糖基化修飾（RGM）策略，它可以加速具有多個甚至鏈間二硫鍵的正確摺疊蛋白質的化學合成。作者的策略包括在Ser/Thr位點引入簡單的O-連線β-N-乙醯葡萄糖胺（O-GlcNAc）基團，透過穩定摺疊中間產物有效地改善富含二硫鍵的蛋白質的摺疊。摺疊後，O-GlcNAc基團可以使用O-GlcNAcase（OGA）有效去除，以提供正確摺疊的蛋白質。利用這一策略，作者完成了正確摺疊的鐵調素（一種含四個二硫鍵的鐵調節激素）的合成，以及正確摺疊的白細胞介素-5（IL-5，一種26 kDa的同型二聚體細胞因子，負責嗜酸性粒細胞的生長和分化）的首次全合成。
