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新型可脱除骨架修饰策略辅助的棕榈酰化膜蛋白化学合成

近日,中国科学技术大学郑基深点击查看介绍课题组在Angew. Chem. Int. Ed.杂志在线发表研究论文,他们首次建立了基于可脱除骨架修饰的丝氨酸/苏氨酸连接(RBM-assisted STL)的新方法,实现了均一的天然S-棕榈酰化(S-Palm)修饰膜蛋白的高效制备


S-棕榈酰化是棕榈酸通过硫酯键共价修饰到底物蛋白半胱氨酸残基侧链巯基上,该修饰大量存在于疏水的膜蛋白中,一些病毒膜蛋白也包含该修饰。该修饰具有非常重要的生理功能,参与介导许多重要的生物进程(如蛋白质定位、信号传导、免疫响应和细胞凋亡等),与神经退行性疾病、癌症和冠状病毒等高传染性、高致病性病毒的感染密切相关。例如,黑素皮质素受体1 ( MC1R) 的去棕榈酰化修饰会激发黑色素的生成,冠状病毒Spike蛋白的S-棕榈酰化修饰与病毒感染密切相关。此外,药物分子本身(例如新型糖尿病治疗药物利拉鲁肽)也可以进行棕榈酰化修饰,得到稳定的更好的药物分子。S-棕榈酰化修饰的功能调控机制研究以及相关药物研发,需要获取均一的S-棕榈酰化修饰蛋白。


化学合成技术是获得人工定制功能的蛋白样品有效手段。然而,对于S-棕榈酰化蛋白,除了基于固相合成技术的S-棕榈酰化的短肽,只有极少数通过MIC Ligation或Diels–Alder Ligation来制备S-棕榈酰化蛋白的类似物。当前,尚无报道蛋白连接方法,用于制备天然的S-棕榈酰化膜蛋白。关键的困难不仅在于S-棕榈酰化肽片段或蛋白的强疏水性;更为挑战的是,该修饰包含的硫酯键对亲核试剂不稳定,例如棕榈酰基不兼容自然化学连接(NCL)所需要的N端Cys。


郑基深课题组另辟蹊径,提出了可移除骨架修饰策略(RBM)和丝氨酸连接方法(STL)的联用策略,有望成为S-棕榈酰化膜蛋白合成的利器。然而,单独的STL将难以克服棕榈酰化修饰的肽片段难溶解的问题,而通常的多肽增溶策略难以与S-棕榈酰修饰兼容。为此,他们发展了基于新型自环化酚羟基保护基γ-氨基丁酸(GABA)的第三代RBM骨架修饰策略(RBMGABA),能够高效制备S-棕榈酰化膜肽片段;其次,基于新一代RBMGABA-assisted STL连接技术,首次验证并实现了天然结构的S-棕榈酰化的膜肽片段的高效连接。利用新技术,首次合成了S-Palm的肌脂蛋白和M2离子通道蛋白,证明了RBMGABA-assisted STL技术的实用性。新方法是成功获取均一的天然S-棕榈酰化修饰膜蛋白的有效途径,为进一步的生化及药物研究铺平了道路。另外,由于S-棕榈酰化蛋白是不能用NCL方法制备的经典案例,此工作也表明开发非NCL方法的必要性。

论文第一作者为黄栋梁博士、Cédric Montigny郑勇博士。通讯作者为中国科学技术大学郑基深研究员。该论文是由中国科学技术大学和法国国家科学研究中心(CNRS)合作完成,中国科学技术大学为的第一完成单位。该工作受国家重点研发计划、国家自然科学基金委重大研究计划、安徽省杰出青年科学基金和合肥综合性国家科学中心项目等资助。感谢中国科学技术大学田长麟教授、清华大学刘磊教授等人的支持和帮助。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Chemical Synthesis of Native S-palmitoylated Membrane Proteins through Reversible Backbone Modification Assisted Ser/Thr Ligation

Dong-Liang Huang, Cédric Montigny, Yong Zheng, Veronica Beswick, Ying Li, Xiu-Xiu Cao, Thomas Barbot, Christine Jaxel, Jun Liang, Min Xue, Chang-Lin Tian, Nadège Jamin, Ji-Shen Zheng

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.201914836


郑基深简介


郑基深,研究员。2012年获得中国科学技术大学博士学位,2012-2014年为清华大学博士后,曾任中国科学院强磁场科学中心副研究员,2016年加入中国科学技术大学生命科学学院,受聘为研究员。


主要研究兴趣:

1、功能膜蛋白化学的新方法发展

2、基于镜像蛋白筛选技术的D-多肽活性分子/药物前体分子发现


主要研究方向:膜蛋白化学合成及D-型多肽类功能调控分子发现。以重要生物学问题和重大疾病密切相关的膜蛋白为研究对象,发展了可脱除骨架修饰等新型化学合成策略,实现了一系列具有生物活性的中小型膜蛋白的化学合成,例如S-棕榈酰化修饰、定点同位素标记等功能化膜蛋白。同时,基于镜像蛋白合成和镜像筛选技术,发现新型D-多肽类活性分子/药物前体分子,发展靶向膜蛋白的蛋白质探针工具,结合现代生物化学和生物物理技术,阐释跨膜蛋白结构-功能机制,获得新型D-多肽类活性分子,用于膜蛋白功能的调控和靶向膜蛋白的药物研发。在Angew Chem Int Ed、J Am Chem Soc、Nature Commun、Nature ProtocolsAcc Chem Res等国际高水平杂志发表论文40余篇,其中通讯作者论文27篇。


https://www.x-mol.com/university/faculty/74018


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