Nature子刊 | 2篇！浙江大学林世贤团队报道蛋白质脂化修饰的计算机辅助设计、遗传编码和生物医药应用

蛋白质脂化调节了许多生物途径，在制药工业中起着至关重要的作用，它不是由遗传密码编码的，而是由翻译后合成的。

2023年8月10日，浙江大学林世贤团队在Nature Chemical Biology 在线发表题为“Computational design and genetic incorporation of lipidation mimics in living cells”的研究论文，该研究报告了一种设计脂化模拟的计算方法，该方法完全再现了膜结合和白蛋白结合中天然脂化的生化特性。

该研究建立了一个工程系统，用于将这些脂化模拟物整合到大肠杆菌和哺乳动物细胞中几乎任何所需的蛋白质位置。该研究展示了这些长度可调脂化模拟物在多种应用中的效用，包括改善治疗性蛋白质在活小鼠中的半衰期和活性，通过取代天然脂化将功能蛋白质锚定在膜上，功能表征携带不同长度脂化的蛋白质，以及确定给定化合物的质膜结合能力。

另外，2023年1月2日，浙江大学林世贤团队在Nature Structural & Molecular Biology 在线发表题为“Genetic code expansion reveals aminoacylated lysine ubiquitination mediated by UBE2W”的研究论文，该研究表明遗传密码扩增揭示了由UBE2W介导的氨基化赖氨酸泛素化。该研究使用遗传编码的非天然氨基酸作为化学探针，报告了一种以前未报道的蛋白PTM形式的鉴定和验证，氨基酰化赖氨酸泛素化，其中修饰发生在氨基酰化赖氨酸的α-胺基上。该研究在两个人类细胞系的全部20个氨基酰化赖氨酸上鉴定出超过2000个泛素化位点。这些修饰可以介导快速的蛋白质降解，补充典型赖氨酸泛素化介导的蛋白质组降解。此外，该研究证明了泛素偶联酶UBE2W作为氨基酰化赖氨酸泛素化的“书写者”，促进了蛋白质上的泛素化事件。更广泛地说，氨基酰化赖氨酸泛素化的发现和验证，为利用遗传密码扩增策略鉴定和验证新的蛋白PTMs奠定了基础（点击阅读）。

脂质(细胞中最疏水的部分)对蛋白质进行翻译后修饰，重塑蛋白质-膜和蛋白质-蛋白质相互作用，从而显著影响蛋白质结构、定位和运输。鉴于其极端疏水性，可以想象，蛋白质脂化在几乎所有与膜相关的生物学途径中都起着核心作用，例如细胞信号传导、蛋白质分泌、细胞死亡和免疫。在这种情况下，真核细胞已经进化出数十种酶和一系列调节蛋白，以确保数百种底物蛋白在所需位点上正确地添加和去除脂质修饰。然而，由于脂化是高度可变的(同一位点的长、中、短脂化可能表现出非常不同的细胞功能)、可逆且经常与其他蛋白质翻译后修饰相互干扰，因此了解脂化的生物学和生理功能仍然具有挑战性，常见的功能缺失诱变方法通常不适合探索蛋白质脂化。

此外，脂化是一种临床证实的翻译后修饰，在各种畅销药物中显示出巨大的前景。脂化重组多肽的生成通常是通过对多肽进行直接化学修饰来实现的，由于疏水脂类模拟物的溶解度较差，需要在有机溶剂中溶剂化，因此对大多数蛋白质来说，这种方法极具挑战性。虽然位点特异性脂化已经在一些治疗目的的多肽中取得了成功，但大多数蛋白质药物无法在有机标记条件下存活。以位点特异性方式将脂质模拟物共翻译掺入蛋白质可以有效地规避这些限制。

脂类模拟物的开发与应用流程（图源自Nature Chemical Biology）

因此，蛋白质脂化领域的一个主要研究局限是无法在生命系统中直接生物合成具有精确和功能性脂化的蛋白质，用于脂化分子功能的功能获得研究和精确脂化治疗候选物的合成。该研究报告了计算设计和遗传密码扩展策略的结合，以共翻译结合功能和长度可调的脂化模拟物，规避了上述蛋白质脂化的限制，允许以特定位点的方式构建蛋白质-膜相互作用。这些系统将使探索不同长度脂化的生物学功能和创造具有优越药代动力学特性的脂化蛋白药物成为可能。

浙江大学博士后丁文龙和博士生刘超是论文的共同第一作者，林世贤研究员是本文的通讯作者。研究工作得到了冯新华教授、何向伟教授、袁瑛教授、张龙教授，以及生命科学研究院共享技术平台的大力支持与帮助。该研究受国家重点研发计划“合成生物学”项目，国家重大研究计划“生物大分子动态修饰与化学干预”项目等项目的资助。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41589-023-01400-8

转自：“iNature”微信公众号

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