通过遗传重编程实现环状糖肽的核糖体翻译与展示

分享一篇发表在J. Am. Chem. Soc.上的文章，题目为“Ribosomal Translation and Display Selection of Cyclic Glycopeptides through Genetic Reprogramming”，通讯作者是悉尼大学的Richard J. Payne教授和Yichen Zhong，前者的主要研究方向包括多肽药物开发等。

大环肽类药物因其结构稳定、特异性强而受到广泛关注。通过mRNA展示技术结合flexizyme介导的遗传密码重编程，能够在规模超过10^12的肽库中对高亲和力的多肽配体进行从头筛选，并且兼容非天然骨架、共价弹头等功能特性。糖基化是一种重要的翻译后修饰，凝集素等糖识别蛋白是一类重要的药物靶点，糖肽模拟物在凝集素抑制剂开发中显示出潜力。然而，由于核糖体翻译过程中糖基化氨基酸的反应效率低，现有的方法多依赖于后期的化学方法在肽中引入非天然连接的糖基化修饰，难以从库中直接筛选含有天然糖苷键的糖肽配体。

本研究希望开发一种将糖基化氨基酸直接整合入核糖体翻译过程的方法，实现糖肽配体的从头发现。作者首先尝试直接以糖基化氨基酸起始翻译，但可能由于其在核糖体P位点的位阻较大，插入效率低。为此，作者采用二肽作为翻译的起始，即将糖基化氨基酸与另一个氨基酸以二肽形式连接，通过flexizyme连接到起始tRNA上，使糖基化氨基酸移至核糖体出口通道内，来缓解空间位阻。

作者首先针对P-选择素的环状糖肽抑制剂进行筛选，他们合成了N-ClAc-L-Ser(α-L-Fuc)-L-Phe-CME（ClAc氯乙酰基，Fuc岩藻糖，CME氰基酯）作为模型二肽，利用eFx flexizyme将该二肽连接到起始tRNA（tRNAini）上。同时，由于硫酸化酪氨酸对P-选择素的结合十分重要，作者也利用延伸tRNA（tRNAelon）在内部的AUG密码子位置掺入硫酸化酪氨酸。结果表明，这一策略可以成功实现含有岩藻糖和硫酸化酪氨酸的环状糖肽的体外翻译。

在此基础上，作者构建了一个包含超过10^12种环状糖肽的mRNA展示库，针对P-选择素进行了六轮筛选。SPR结果显示，多个糖肽对P-选择素具有中到高的亲和力，其中肽P6的亲和力与天然配体PSGL-1相当。此外，将岩藻糖化去除后，肽对P-选择素的亲和力显著下降。在进一步的功能实验中，P-选择素与PSGL-1的相互作用会促进血小板诱导单核细胞聚集体（PMAs）的形成，而亲和力最高的环肽P3、P5和P6可以有效抑制这一过程，显示出抗炎潜力。