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    新11选5官网:我國學者發展基于“鄰近脫籠”策略的蛋白質原位激活技術

    日期 2019-06-04   來源:化學科學部   作者:胡海宇 張艷 陳擁軍  【 】   【打印】   【關閉

    新11选5论坛 www.iatqy.com   在國家自然科學基金項目(批準號:21521003,21740001,91753000,81490741和21778004)等資助下,北京大學陳鵬課題組與王初課題組合作,將可遺傳編碼的非天然氨基酸脫籠技術與計算機輔助設計篩選技術相結合,在一系列不同種類的蛋白質上實現了高時間分辨的原位激活,為在活細胞及活體動物內研究蛋白質的動態調控機制提供了一種普適性技術。研究成果以“Time-resolved Protein Activation by Proximal Decaging in Living Systems”(利用鄰近脫籠方法在活體內時間分辨的激活蛋白)為題,于2019年5月8日在Nature(《自然》)上在線發表。論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41586-019-1188-1。本領域國際同行在《自然》雜志同期為本文撰寫了亮點推薦介紹(鏈接:https://www.nature.com/articles/d41586-019-01394-1)。

      在活細胞等生理環境下開展蛋白質功能的原位研究具有重要的科學意義。陳鵬課題組長期致力于發展蛋白質的原位激活技術,希望為活細胞內的每一個蛋白質安裝“調控開關”。該課題組先前提出的“化學脫籠”策略,可通過對蛋白質關鍵殘基的化學?;ず屯馴;し從?,實現對其活性的“關-開”調控(Nat. Chem. Biol.2016, 12, 129)。然而由于細胞內蛋白質的種類繁多、活性調控機制各異,“化學脫籠”策略受可供脫籠的氨基酸種類限制,無法適用于所有蛋白質。為了解決這一瓶頸,陳鵬課題組與王初課題組合作提出了“鄰近脫籠”的新策略(圖)。通過向蛋白質活性中心附近引入一種帶有光?;せ諾姆翹烊煥野彼幔∣NBY), 可同樣實現對其活性的遠程干擾和抑制;隨后通過“光脫籠”反應將?;せ乓瞥?,使其活性重新恢復。由于在蛋白質活性口袋附近插入ONBY后能夠通過影響蛋白穩定性、底物結合等多種因素調控蛋白質活性,該策略將原有的“活性位點脫籠”轉變為“活性口袋脫籠”,極大地擴展了該方法的適用范圍。

      對于不同蛋白來說,在實際操作過程中面臨的重要問題是如何在目標蛋白中快速而又準確地找到插入ONBY的“鄰近位點”,從而避免對目標蛋白所有位點進行突變篩選的繁瑣實驗流程。王初課題組發展了計算機輔助的方法,在蛋白質組中發現和鑒定活性功能位點(Biochemistry,2018,57, 451; ACS Cent. Sci.,2018,4, 960)。在該項研究中,借助計算機輔助的蛋白質結構設計,對目標蛋白中可以插入ONBY的合適鄰近位點進行了系統地虛擬篩選,通過計算其所處位置的幾何參數以及對蛋白質結構影響的能量參數選出合適推薦的位點供實驗驗證。這一步驟避免了繁瑣的人為操作,極大地提高了成功率和普適性。

      在建立標準操作流程后,他們分別在熒光素酶、GTP水解酶、RNA去甲基化酶FTO、蛋白激酶、caspase細胞凋亡蛋白酶和炭疽致死因子金屬蛋白酶等一系列不同類型的蛋白上展示了該瞬時激活方法在活體環境下的普適性。在此基礎上,他們進一步建立了活細胞內的激酶正交激活和信號轉導系統,完成了細胞凋亡蛋白酶的瞬時激活和酶切底物的組學鑒定,并通過激活細菌毒素蛋白(炭疽致死因子)開發了抗腫瘤蛋白質前藥的治療策略。

      這一通用的蛋白質原位激活技術有望在未來應用到動態生命過程的基礎研究和疾病治療的轉化研究當中。

     

    圖. 鄰位脫籠策略