具有時間分辨率的活體蛋白質(zhì)激活技術

有望在基礎研究和疾病治療中得到應用

●創(chuàng)新點

在復雜生命體系中開展蛋白質(zhì)功能的原位研究具有重要科學意義。北京大學化學與分子工程學院合成與功能生物分子中心的陳鵬課題組與王初課題組合作，發(fā)表一種基于活體環(huán)境下瞬時激活蛋白質(zhì)的化學生物學技術。相關成果于2019年5月8日發(fā)表在《自然》（Nature）上。

研究團隊提出一種蛋白質(zhì)“鄰近脫籠”策略（computationally aided and genetically encoded proximal decaging，CAGE-prox），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(jié)合，在一系列不同種類的蛋白質(zhì)上實現(xiàn)了高時間分辨的原位激活。利用CAGE-prox，研究團隊提出并發(fā)展了一系列原創(chuàng)應用，展示了CAGE-prox在開展蛋白質(zhì)動態(tài)功能研究與調(diào)控中的優(yōu)勢，為在活細胞及活體動物內(nèi)研究蛋白質(zhì)的動態(tài)調(diào)控機制提供了一種普適性技術。

●方法和結(jié)果

最近幾年，陳鵬課題組提出“化學脫籠”策略，可通過對蛋白質(zhì)關鍵殘基的化學保護和脫保護反應，實現(xiàn)對蛋白質(zhì)活性的正交調(diào)控，并成功應用于賴氨酸、酪氨酸等天然氨基酸的研究。由于細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的種類繁多、活性調(diào)控機制各異，該方法受可供脫籠的氨基酸種類限制，無法適用于所有蛋白質(zhì)。

陳鵬課題組與王初課題組合作提出CAGE-prox新策略，極大地擴展了方法的適用范圍。在建立CAGE-prox的標準操作流程后，研究團隊在熒光素酶、GTP水解酶、RNA去甲基化酶FTO、蛋白激酶等一系列不同類型的蛋白質(zhì)上展示了該方法在活體環(huán)境下的普適性。利用CAGE-prox，研究團隊進一步建立了活細胞內(nèi)的激酶正交激活和信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)，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開發(fā)了抗腫瘤蛋白質(zhì)前藥的治療策略。

應用前景

利用計算機技術來輔助分子設計與化學生物學研究，將促進生物醫(yī)學和藥物研究的發(fā)展，在基礎研究、藥物研發(fā)領域具有廣闊的應用前景。