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微生物所等获得广谱多肽C末端特异性修饰酶

微生物所等获得广谱多肽C末端特异性修饰酶
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  多肽的末端功能化对其生化性质具有重要影响。通过对C端的特异性修饰可以使多肽的体内代谢半衰期延长、免疫原性降低或毒副作用减少。在多肽的生化性质研究中,研究者须将不同的功能化基团(例如,荧光基团、合成高分子或是免疫标记)添加到多肽结构中。此外,高效准确的多肽C端保护、去保护以及选择性活化方法,也是工业化多肽合成生产中所迫切需要的技术。因此,多肽的选择性C端修饰方法是当下生物活性大分子研究的热点领域,也是多肽的工业化生产中急需解决的问题。

  由于多肽结构的复杂性,化学修饰步骤多、产率低、难度很大。酶法修饰具有高度的位置和立体选择性、几乎不需要额外的侧链保护和去保护、无消旋化副反应等特点,因此具有极大的优势。从嗜幸运28麦芽窄食单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)中分离的多肽酰胺酶具有很好的潜力作为多肽C末端修饰酶,但是该酶的弱稳定性与窄修饰谱限制了其应用。

  中国科学院微生物研究所吴边课题组与荷兰格罗宁根大学以及Enzypep公司合作,通过计算机设计获得了新一代的广谱多肽C末端修饰酶。研究人员采取了“高低结合”的计算策略对多肽酰胺酶进行工程化改造。通过使用静态能量计算作为分子设计基础,结合动态分子动力学模拟进行虚拟筛选,科研人员设计了经过高度改造的多肽酰胺酶突变体PAM12A(包含12个突变点)。该突变体具有极高的热稳定性(熔解温度达到76oC),并可在乙腈、丙酮等多种无水溶剂环境中保持数天的稳定活性。因此该突变体可以在有机相中催化许多在水相中由于热力学或动力学限制而无法进行的反应。实验结果表明,PAM12A可以催化包括甲酯化、羟胺化、甲胺化、胺化在内的多种不同的多肽修饰反应,并且不受多肽本身序列和C端原功能基团的限制。在成功尝试了数十种不同的短肽修饰后,研究人员还对药物多肽脑啡肽、胃泌素和舍莫瑞林进行了定点修饰,显示了该酶的实际应用潜力。

  上述研究成果已经在美国化学会ACS CATALYSIS 在线发表,并被选为ACS EDITOR’S CHOICE重点推荐文章。微生物所研究员吴边为文章的第一作者兼共同通讯作者,助理研究员宋璐和研究实习员田玉娥参与了研究工作。

  该课题得到了中科院百人计划基金支持。

  论文链接

计算机设计高通用性多肽末端修饰酶及其催化的不受序列限制多肽C端修饰反应