从头设计光响应性蛋白互作以实现蛋白复合物的可逆组装

推荐一篇发表在Nature Chemistry上的文章，文章标题“De novo design of light-responsive protein–protein interactions enables reversible formation of protein assemblies”。文章的通讯作者是来自西湖大学的曹龙兴研究员，其课题组主要从事蛋白质设计领域的研究。

光响应蛋白通过感知和响应环境光信号发挥其生物学功能。这种工作模式启发研究人员探索光响应蛋白质的设计路线，以实现对蛋白质功能的精确、可逆和非侵入性的控制。目前的光响应蛋白设计工作主要集中于优化天然存在的蛋白质；然而这一思路无法适应更广泛的光响应调控需求。对于从头设计方法而言，由于20种天然氨基酸通常是光惰性的，需要引入光敏发色团解决光响应性的问题。本文，作者将具有光响应能力的非天然氨基酸苯丙氨酸-4′-偶氮苯（AzoF）引入到设计流程中，通过结合非天然氨基酸插入技术，最终成功设计并验证了能够响应光信号、实现寡聚体可逆解离的蛋白质。

为了借助AzoF的光致构象变化调控蛋白质的解离状态，作者设计了如下流程。首先，生成包含65个残基的螺旋束作为蛋白骨架用于光响应性蛋白设计。其次，为了设计可以稳定结合反式AzoF的区域，作者一方面基于AzoF的疏水性质优化了蛋白表面残基的分布，另一方面采用对接的手段将AzoF小分子与蛋白质进行对接；后者得到一个AzoF的相互作用场，它描述了AzoF相对于该骨架不同位置的结合能，可以用于快速评估AzoF能否与周围残基形成有利互作。随后，通过蒙特卡洛对接方法，作者基于骨架优化了蛋白质互作以及AzoF的插入位置，最终组装形成更大的复合物。最后，通过序列设计，作者进一步优化互作界面，即有利于反式AzoF结合而不利于顺式AzoF结合。