用于遗传密码扩展的蛋白连接酶重编程|北京沫之东生物技术有限公司

4 次围观

核糖体对确定聚合物序列的DNA编码合成在天然条件下仅限于22种氨基酸。尽管翻译机器在潜在上具备聚合主链经修饰底物（包括β-氨基酸）的能力，但这一潜力受限于天然氨酰-tRNA合成酶固有的α-选择性。在此，我们通过对大肠杆菌蛋白连接酶EpmA进行“逆向工程”来解决这一限制。EpmA天然激活(R)-β-赖氨酸，并在进化过程中舍弃了其tRNA结合结构域，转而获得蛋白质识别能力。通过将经典赖氨酰-tRNA合成酶LysRS的反密码子结合结构域嫁接到EpmA上，我们构建了嵌合酶chEpmA。据我们所知，这代表了首次成功将蛋白连接酶重编程为功能性氨酰-tRNA合成酶。我们证明，chEpmA可作为一种多功能的双特异性平台：它能够高效地将非经典主链(R)-β-赖氨酸加载到tRNA上，而单一位点替换即可使该骨架对α-底物开放，从而实现此前遗传密码扩展无法触及的广泛翻译后修饰。这一底物谱涵盖了酰化赖氨酸，如Nε-琥珀酰-(S)-赖氨酸（Ksucc）；体积较大的修饰，如生物胞素；以及高级糖基化终末产物（AGEs），包括Nε-羧甲基-(S)-赖氨酸（CML）。我们的工作确立了一种动员非经典底物的结构蓝图，为蛋白酶抗性拟肽以及新一代治疗药物的生物合成铺平了道路。

juergen.lassak{at}lmu.de

摘要

信息/历史

指标

补充材料

预览 PDF

摘要

核糖体依据 DNA 编码生产确定聚合物序列的能力在天然状态下仅限于 22 种氨基酸。尽管翻译机器潜在地具有聚合主链经修饰底物（包括 β-氨基酸）的能力，但这种潜力受到天然氨酰-tRNA 合成酶内在 α-选择性的限制。在此，我们通过对大肠杆菌蛋白连接酶 EpmA 进行“逆向工程”来解决这一限制。EpmA 天然激活 (R)-β-赖氨酸，并在进化过程中舍弃了其 tRNA 结合结构域，转而获得蛋白质识别能力。通过将经典赖氨酰-tRNA 合成酶 LysRS 的反密码子结合结构域嫁接到 EpmA 上，我们构建了嵌合酶 chEpmA。据我们所知，这代表了首次成功将蛋白连接酶重编程为功能性氨酰-tRNA 合成酶。我们证明 chEpmA 是一个具有双重底物特异性的多用途平台：它能够高效地以非经典主链底物 (R)-β-赖氨酸对 tRNA 进行氨酰化，而单一位点替换即可使该骨架对 α-底物开放，从而实现此前遗传密码扩展无法获得的广泛翻译后修饰。该底物谱涵盖酰化赖氨酸，如 Nε-琥珀酰-(S)-α-赖氨酸（Ksucc），以及诸如生物胞素等体积庞大的修饰，还包括晚期糖基化终产物（AGEs），如 Nε-羧甲基-(S)-α-赖氨酸（CML）。我们的工作建立了调动非经典底物的结构蓝图，为蛋白酶抗性拟肽以及新一代治疗药物的生物合成铺平了道路。

利益冲突声明

已声明资助信息

Boehringer Ingelheim Foundation， https://ror.org/03tx8dq56 ，Exploration Grants Program

SURF， https://ror.org/009vhk114 ，EINF-4326

版权

持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。

本文依据 CC-BY 4.0 国际许可协议公开提供。

返回顶部

发布于 2026 年 7 月 8 日。

下载 PDF

补充材料

电子邮件

感谢您帮助传播 bioRxiv 的内容。

您的电子邮件

*

您的姓名

*

发送至

*

请输入多个地址，每行一个，或用逗号分隔。

您将通过电子邮件发送以下内容