科学新观九：蛋白质中双甲基化赖氨酸之特异性引入

非天然氨基酸引入与生物正交反应相结合的新策略...





注：本文部分转载自公众号“AdvancedScienceNews”。

自人类基因组测序完成后，我们进入“后基因组”时代，表观遗传学成为生命科学的重要研究方向。随着串级质谱与组学的发展，人们逐步发现各类新的蛋白质翻译后修饰模式及其在生物体内重要的调控作用。赖氨酸甲基化作为最为重要的修饰方式之一广泛存在于核蛋白与胞质蛋白中，其通过改变基因转录参与一系列重要的表观遗传调控过程，并最终影响细胞的结构与功能[1]。例如，重要的肿瘤抑制蛋白p53与转录因子NF-κB都受到赖氨酸甲基化的调控[2]。但是，其中进一步的分子层面的机制却尚不清楚。



目前对含有特定翻译后修饰的均质蛋白的制备与纯化一直是个难题[3]。以赖氨酸甲基化为例，前人发展了直接引入的方法，但只能适合于单甲基化[4]；对于双甲基化，有人发展了将其他所有赖氨酸全保护-全脱保护的策略，但相关化学反应对蛋白质的兼容性较差[5]。故而，如何高效通用地实现双甲基化修饰蛋白的合成是一个亟待解决的问题。



最近，TexasA&M大学化学系Wenshe R. Liu教授课题组结合非天然氨基酸引入技术与生物正交反应技术，实现了双甲基化赖氨酸对蛋白质的高效嵌入。该课题组首先设计了前体氨基酸，并筛选出对前体结构特异性的tRNA合成酶。在表达出含有前体氨基酸的蛋白后，通过生物正交反应将其经过醛赖氨酸，最终转化为双甲基化赖氨酸。利用绿色荧光蛋白测试前体氨基酸的引入与生物正交反应的转化条件，进而将该方法拓展到组蛋白H3与转录因子p53蛋白的单点修饰上。该策略制备的双甲基化蛋白可以直接用于体外的酶活测试。



由于非天然氨基酸引入技术本身不限于任何蛋白，并可以实现特定位点的嵌入，该策略理论上可适用于各种双甲基化蛋白的合成。而通过改变所使用的烷基胺，该方法也可用于单甲基化赖氨酸的引入。此外，醛赖氨酸含有醛基这一天然蛋白质所不具备的重要的官能团，可以进行多种化学反应以实现蛋白质的交联、标记、定位与功能化。该非天然氨基酸引入技术与生物正交反应技术相结合的策略为其他复杂结构的翻译后修饰的特异性引入提供了可行的借鉴。

相关工作发表在Angew.Chem.Int.Ed.(DOI:10.1002/anie.201609452)，原文链接如下：

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201609452/full#references

参考文献：

[1] Nature Rev. Genet. 2012, 13 (5), 343-357.

[2] Cancer Res. 2015, 75 (18), 3692-5.

[3] Curr. Org. Synth. 2015, 12 (2), 150-162.

[4] J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 14194–14195;

[5] Chem. Biol. 2010, 17 (10), 1072-1076.

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