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ACS Cent. Sci. | 正交tRNA合成酶实现含 β2-羟基酸蛋白的活细胞内合成

2024-06-19 分类：前沿动态阅读(167)

推荐一篇发表在ACS Cent. Sci. 上的文章，Incorporation of Multiple β2‑Hydroxy Acids into a Protein In Vivo Using an Orthogonal Aminoacyl-tRNA Synthetase文章的通讯作者是来自加州大学伯克利分校的Alanna Schepartz教授，Schepartz教授主要从事蛋白质合成、蛋白递送等方向的研究。

在蛋白中引入非典型氨基酸骨架可以赋予蛋白抗水解、跨膜能力等一系列优良性质。β-羟基酸作为一类非氨基酸单体广泛存在于天然产物中，在生物材料、表面活性剂和药物开发中受到广泛关注。但是，至今还没有一种方法能在细胞中实现在蛋白中引入β-羟基酸类单体，限制了其在生物学和医学方面的应用。在细胞中实现β-羟基酸插入蛋白质的主要阻碍是缺乏正交氨酰基-tRNA合成酶。

此前的研究发现，广泛使用的氨酰tRNA酶MaPylRS和其工程化的突变体MaFRSA可以催化多种含有羟基氨基的单体。通过对MaFRSA 和其底物m-CF3-2-benzylmalonate的共晶结构进行分析发现，MaFRSA残基L121和A122通过氢键与底物的α-羧基结合。该底物作为氢键供体对其与MaFRSA的结合十分重要。而β-羟基酸的羟基也具有作为氢键供体的能力，因此，理论上MaFRSA也可以容忍β-羟基酸作为其底物。

基于结构分析的可行性，作者首先在体外进行了β-羟基酸的tRNA合成，实验结果表明，MaFRSA和MaPylRS可以在体外实现β-羟基酸tRNA的合成，并且具有一定的立体选择性。MaFRSA偏好催化R构型的底物，而MaPylRS则更倾向于催化S构型的底物。

随后，作者在工程化的大肠杆菌中引入了MaPylRS/MatRNApyl合成序列，用于引入氨酰tRNA合成通路，并且导入了一段编码sfGFP的序列用做模板尝试在体内合成含有β-羟基酸的GFP蛋白。实验结果表明，该体系成功合成了含有β-羟基酸的GFP，并且可以实现多位点插入构建含有两个β-羟基酸的蛋白。

综上，作者开发了第一种合成β2-羟基酸tRNA的正交合成工具酶，并且成功实现了在大肠杆菌内合成含有多个非天然骨架单体的蛋白质异聚物。

本文作者：GZH

责任编辑：LYC

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscentsci.3c01366

文章引用：DOI：10.1021/acscentsci.3c01366

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