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。
Discovery of C13-Aminobenzoyl Cycloheximide Derivatives that Potently Inhibit Translation Elongation
放線菌酮（CHX，1）是一種小分子天然產物，用於研究蛋白質合成已有半個多世紀的歷史，可以可逆地抑制翻譯延伸。最近，CHX已應用於核糖體分析，這是一種在mRNA基因組範圍內定位核糖體位置的方法。儘管CHX用途廣泛，但由於其快速可逆性，CHX治療常常導致不完全翻譯抑制，因此需要改進試劑。在這裡，作者報告了C13-醯胺功能化CHX衍生物的簡明合成，其對蛋白質合成的抑制作用增強。冷凍電鏡（cryo-EM）顯示，C13-氨基苯甲醯CHX（8）與CHX佔據相同的位點，與E位點tRNA的3’端競爭。作者證明8在核糖體分析實驗中優於CHX，透過持續穩定的多聚體，能夠更有效地捕獲核糖體構象。作者的研究確定了研究蛋白質合成的強有力的化學試劑，並揭示了其增強效力的分子基礎。
01
Synthesis of Multi-Protein Complexes through Charge-Directed Sequential Activation of Tyrosine Residues
位點選擇性蛋白質-蛋白質偶聯一直是化學生物學研究的目標。近年來，這一目標已在不同程度上透過一些技術實現，包括使用基於酪氨酸酶的偶聯策略。利用來源於Agaricus bisporus的酪氨酸酶（abTYR）的早期研究顯示了將酪氨酸殘基轉化為鄰醌官能團的潛力，但這種酶的重組生產具有挑戰性，並且在底物範圍上存在一定侷限性。對幾種候選酪氨酸酶的初步篩選表明，來自巨大芽孢桿菌（Bacillus megaterium，megaTYR）的酪氨酸酶是一種具有廣泛底物耐受性的酶。作者使用擴充套件的底物偏好作為蛋白質設計實驗的起點，並表明megaTYR的單點突變體能夠在不同序列中啟用酪氨酸殘基。作者利用這個新工具透過酪氨酸殘基的電荷定向順序啟用（CDSAT）來構建蛋白質三聚體。
02
Dissection of the Enzymatic Process for Forming a Central Imidazopiperidine Heterocycle in the Biosynthesis of a Series c Thiopeptide Antibiotic
硫肽類抗生素是一類經核糖體合成和翻譯後修飾的肽天然產物，在抗感染藥物開發中具有重要意義。根據硫肽骨架中心六元雜環的不同，這些抗生素可分為五個亞家族。咪唑哌啶是c系列硫肽中功能化程度最高的中心結構域，其形成機制尚不清楚。基於對Sch40832生物合成中特異性相關基因的挖掘和表徵，作者在此報告了透過a系列中間體將b系列硫肽轉化為c系列產物的酶法過程。該過程從中心脫氫哌啶單元的F420依賴氫化開始，直至飽和哌啶單元。藉助細胞色素P450單加氧酶的活性，中間體的哌啶噻唑基序經歷了不尋常的氧化介導重排，以提供進一步S-甲基化和醛還原的咪唑哌啶雜環。這項研究代表了該途徑的首次生化重建，形成了穩定的c系列硫肽。
03
Rational Redesign of Enzyme via the Combination of Quantum Mechanics/Molecular Mechanics, Molecular Dynamics, and Structural Biology Study
對高效和多功能化學反應的不斷增長的需求推動了酶工程的創新。α-酮戊二酸依賴性加氧酶工程的一個主要挑戰是開發一種合理的策略，可廣泛用於直接進化所需的突變體以產生新的產物。在此，作者報告了一種基於量子力學/分子力學（QM/MM）計算和分子動力學模擬的理性重設計模型酶4-羥基苯丙酮酸雙加氧酶（HPPD）的策略。這一策略豐富了作者對HPPD催化反應途徑的理解，並導致一系列HPPD突變體的發現，這些突變體產生羥基苯乙酸（HPA）作為天然產物高龍膽酸鹽以外的替代產物。預測的HPPD–Fe(IV)═O–HPA中間體進一步被擬南芥HPPD/S267W與HPA複合物的晶體結構所證實。這些發現不僅對HPPD的結構-功能關係有了很好的理解，而且為生物催化劑的開發提供了一個普遍適用的平臺。
04
Enzymatically Forming Intranuclear Peptide Assemblies for Selectively Killing Human Induced Pluripotent Stem Cells
未分化人類誘導多能幹細胞（iPSCs）的致癌風險是iPSCs臨床應用的主要障礙，需要有選擇性地消除未分化iPSCs的新方法。在此，作者表明，L-磷酸五肽在iPSCs過表達的鹼性磷酸酶（ALP）催化下去磷酸化，快速形成由α-螺旋組成的核內肽組裝體，選擇性殺死iPSCs。磷酸五肽由四個L-亮氨酸殘基和一個C-末端L-磷酸酪氨酸組成，自組裝形成膠束/奈米顆粒，在酶解去磷酸化去除L-磷酸酪氨酸中的磷酸基團後，膠束/奈米顆粒轉化為肽奈米纖維/奈米帶。ALP的濃度和孵育時間決定了肽組裝的形態。圓二色譜和FTIR表明，組裝體中的L-五肽含有α-螺旋和聚集鏈的混合物。將L-磷酸五肽與人類iPSCs孵育可導致iPSCs（=<2 h）的快速殺傷，這是由於肽組裝體在iPSCs的細胞核中顯著累積所致。磷酸五肽對正常細胞（例如HEK293和造血祖細胞（HPC））無害，因為正常細胞幾乎不過表達ALP。抑制ALP，將L-磷酸酪氨酸從磷酸五肽的C端突變到中間，或將磷酸五肽中的L-亮氨酸替換為D-亮氨酸，可消除五肽的核內組裝。用正常細胞（例如HS-5）的細胞裂解物處理L-磷酸五肽，確認L-磷酸五肽的蛋白質水解。這項工作作為多肽核內組裝的第一個案例，不僅說明了酶促非共價合成在選擇性靶向細胞核方面的應用，而且還可能導致一種新的方法來消除表達高水平某些酶的其他病理細胞。
05
Quantification of Conformational Entropy Unravels Effect of Disordered Flanking Region in Coupled Folding and Binding
固有無序蛋白（ID）構成了蛋白質結構-功能關係的一個新維度。結合後發生構象變化的能力是固有無序蛋白質的一個關鍵特性，使用常規方法進行研究仍然具有挑戰性。R.S.Spolar和M.T.Record在1994年發表的一篇論文中提出了一種基於熱容變化估計構象熵變化的熱力學方法，允許對結合後的殘基摺疊進行量化。在這裡，作者採用這種方法來研究固有無序蛋白。作者整合額外的資料，為潛在的關係提供更廣泛的實驗基礎，並基於涉及無序蛋白質的＞500蛋白質-蛋白質複合物，重新評估了先前使用球狀蛋白質摺疊確定的極性和非極性表面積變化之間的關鍵關係。作者證明了改進後的方法適用於研究自由基誘導的細胞死亡1的摺疊αα-hub結構域RST，其相互作用組以ID為特徵。根據大量熱力學資料，量化結合後的構象熵變化，並與NMR結構進行比較，改進後的方法提高了基於ID研究的準確性。本研究還評估了其他相互作用，證明了ID改進的Spolar–Record熱力學方法的優勢，該方法用於剖析基於ID的相互作用的結構特徵，這在傳統研究中容易被忽略，並將其轉化為機械知識。
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