北大的研究人员利用更高阶的蛋白质连锁反应来开发人工抗体

北京大学的一个研究小组通过对p53dim同源二聚体的工程设计，设计了一种高效的缠绕蛋白异二聚体，并用它合成了复杂蛋白的高阶[n]链烷。结果表明，拓扑工程在治疗性蛋白的开发中具有广阔的前景。

　　

化学拓扑结构是蛋白质工程的一个独特维度。

在过去的几年里，拓扑非平凡蛋白的发现已经揭示了其潜在的功能优势，如增强热/机械/化学稳定性。因此，设计蛋白质的化学拓扑结构有希望设计治疗相关的蛋白质和工业酶。组装-反应协同已成为拓扑蛋白质合成的有效策略。两种类型的基因编码化学工具是强制性的:一种用于选择性链缠结到特定的几何形状，另一种用于位点特异性的共价连接。到目前为止，在前一类中只发现了少数适于拓扑蛋白合成的基序，迫切需要更有效的缠绕蛋白基序。最近，Zhang Wen-Bin教授团队通过对p53dim同源二聚体的工程设计，设计了一种高效的缠绕蛋白异质二聚体，并利用其合成了复杂蛋白的高阶[n]链烷，显示出作为人工抗体的潜在应用前景。

P53dim是肿瘤抑制蛋白p53四聚化结构域的纠缠同源二聚体突变体。在本研究中，通过将二聚体界面上的中性亲水残基对改变为同时带正电荷或同时带负电荷的残基，相似电荷残基之间的静电斥力阻止了同源二聚体的形成，而相反电荷残基之间的静电吸引则促进了异质二聚体的形成。由此产生一对缠绕的蛋白质异二聚体:X+(T5R/Q7R) 和X−(T5E/Q7E) (T:苏氨酸，Q:谷氨酰胺，R:精氨酸，E:谷氨酸)。设计的p53dim异质二聚体能够选择性地纠缠不同的蛋白链。它与正交基因编码的蛋白质环化工具，如分裂蛋白，允许细胞合成不同蛋白的杂辛烷(POIs)。

在含有两个或三个串联X-motifs的一级蛋白环支架和含有一个X+的二级环的共表达过程中，它们的组装以及相互正交的环闭合反应（split-intein和SpyTag-SpyCatcher化学）促进蛋白质[3]或[4]链烷的有效形成。更高阶的蛋白链烷支架可耐受各种POIs的插入，如人类表皮生长因子受体2特异性的附着体(AffiHER2)或sfGFP，为设计多价功能蛋白系统提供了良好的候选。将AffiHER2与[n]链烯支架结合可产生人工抗体(称为[n]catbody)，其结合亲和力提高([4]catbody的话约8倍)，血清半衰期延长(约10倍)，且肿瘤聚集良好。本研究成功地实现了复杂拓扑蛋白的合成，扩展了蛋白质纠缠基序的工具包，促进了其结构-性质关系的研究，为蛋白质治疗技术的发展奠定了基础。

这项工作最近发表在《Journal of the American Chemical Society》。

题目为：Higher Order Protein Catenation Leads to an Artificial Antibody with Enhanced Affinity and In Vivo Stability