北大研究人員利用高階蛋白質(zhì)鏈開發(fā)人工抗體

化學(xué)拓?fù)涫堑鞍踪|(zhì)工程的一個(gè)獨(dú)特維度。在過去幾年中，自然界中拓?fù)浞瞧椒驳鞍踪|(zhì)的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)揭示了它們?cè)S多潛在的功能優(yōu)勢(shì)，例如增強(qiáng)的熱/機(jī)械/化學(xué)穩(wěn)定性。因此，改造蛋白質(zhì)的化學(xué)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有望改造與治療相關(guān)的蛋白質(zhì)和工業(yè)酶。組裝反應(yīng)協(xié)同作用已被確立為合成拓?fù)涞鞍椎挠行Р呗?。?qiáng)制要求使用兩種類型的基因編碼化學(xué)工具：一種用于選擇性鏈纏結(jié)成特定幾何形狀，另一種用于位點(diǎn)特異性共價(jià)連接。迄今為止，在前一類中只鑒定了少數(shù)基序，并發(fā)現(xiàn)它們適用于拓?fù)涞鞍踪|(zhì)的合成，迫切需要更有效的纏繞蛋白質(zhì)基序。近日，張文斌教授課題組設(shè)計(jì)了一種高效的纏繞蛋白異二聚體通過改造 p53dim 同源二聚體，并用它來合成復(fù)雜的蛋白質(zhì)高階 [n] 鏈烷，這顯示了作為人工抗體的潛在應(yīng)用。

p53dim 是腫瘤抑制蛋白 p53 的四聚化結(jié)構(gòu)域的纏結(jié)同源二聚體突變體。在這項(xiàng)工作中，通過將其二聚體界面上的中性親水殘基對(duì)改變?yōu)閹д姾苫驇ж?fù)電荷的殘基，帶相同電荷的殘基之間的靜電排斥阻止了同二聚體的形成，而帶相反電荷的殘基之間的靜電吸引力促進(jìn)了異二聚體的形成，從而產(chǎn)生一對(duì)纏繞的蛋白質(zhì)異源二聚體：X+(T5R/Q7R) 和 X-(T5E/Q7E)(T：蘇氨酸，Q：谷氨酰胺，R：精氨酸，E：谷氨酸)。工程化的 p53dim 異二聚體可以選擇性地纏結(jié)不同的蛋白質(zhì)鏈。其與正交遺傳編碼蛋白質(zhì)環(huán)化工具(如分裂內(nèi)含肽)的組合允許具有各種感興趣的蛋白質(zhì) (POI) 的蛋白質(zhì)雜鏈的細(xì)胞合成。在包含兩個(gè)或三個(gè)串聯(lián) X-基序的初級(jí)蛋白質(zhì)環(huán)支架和包含一個(gè) X+的次級(jí)環(huán)的共表達(dá)期間，它們的組裝和相互正交的閉環(huán)反應(yīng)(分裂內(nèi)含肽和 SpyTag-SpyCatcher 化學(xué))促進(jìn)了蛋白質(zhì) [3] 或 [4] 鏈的有效形成。高階蛋白質(zhì)鏈腳手架可耐受各種 POI 的插入，例如人類表皮生長(zhǎng)因子受體 2 特異性親和體 (AffiHER2) 或 sfGFP，為設(shè)計(jì)多價(jià)功能蛋白質(zhì)系統(tǒng)提供了良好的候選者。將 AffiHER2 結(jié)合到 [n] 鏈支架上會(huì)產(chǎn)生人工抗體(稱為 [n] 貓?bào)w)，其結(jié)合親和力提高([4] 貓?bào)w的約 8 倍)、延長(zhǎng)的血清半衰期(約 10 倍)和良好的腫瘤積累。該研究通過擴(kuò)展蛋白質(zhì)纏結(jié)基序的工具包，成功實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜拓?fù)涞鞍踪|(zhì)的合成，

這項(xiàng)工作最近發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上(標(biāo)題為“Higher Order Protein Catnation Leads to ananthrop Antibody with Enhanced Affinity and In Vivo Stability”，DOI：10.1021/jacs.1c06169)。第一作者為吳文浩博士，通訊作者為張文斌教授、魏偉教授。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、北京市分子科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)+X項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的部分資助。中央高校、生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放資助項(xiàng)目。

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