分享一篇最近发表在Nature Chemistry上的文章，题目是“Ribosomal synthesis and de novo discovery of bioactive foldamer peptides containing cyclic β-amino acids”, 文章的通讯作者是来自日本东京大学的Hiroaki Suga教授和其课题组的Takayuki Katoh 博士，Suga教授主要研究方向包括基因编码和非标肽段的核糖体合成等。在本文中，作者报道了用核糖体合成含有环状β氨基酸的非天然折叠体，并筛选出能够高效结合hFXIIa和IFNGR1蛋白的活性大环肽。
β氨基酸由于其倾向螺旋结构的特性，可以在肽链中的形成稳定的折叠结构。这类含有β氨基酸形成的稳定二级结构的肽段也被称为非天然折叠体（foldamers）。这类非天然折叠体由于其刚性常被用来构建螺旋/转弯结构，在类β肽药物和自组装纳米材料中有广泛应用。含β氨基酸肽段的合成主要是通过翻译后修饰和非核糖体合成途径，但是通过核糖体合成途径直接将β氨基酸肽段插入到新生肽段的效率非常低。本文作者在之前的研究中，发展出带有T-stem和D-arm的tRNAPro1E2，实现了在新生肽段中连续7个β氨基酸的插入。在本文中，作者在此基础上利用tRNAPro1E2核糖体合成含有环状β氨基酸的非天然折叠体，并且用来构建了含β氨基酸大环肽的数据库，筛选出了能高效结合hFXIIa和IFNGR1蛋白的配体。
作者首先对两种β氨基酸2-aminocyclohexanecarboxylic acid (2-ACHC)和2-aminocyclopentanecarboxylic acid (2-ACPC)的四种手性化合物插入到肽段中的效率进行了分析，发现其插入效率取决于β氨基酸立体结构和延长因子P（elongation factor P）。此外，作者还分析了肽基tRNA在β氨基酸插入过程中的脱落效率以及β氨基酸在肽段中的最佳插入位置。随后作者以(1S,2S)-2-ACPC和(1S,2S)-2-ACHC两种β氨基酸为底物，利用核糖体合成了带有螺旋体结构非天然折叠体。
在构建了核糖体合成非天然折叠体的数据库后，作者通过RaPID 系统(random non-standard peptide integrated discovery)筛选出能结合hFXIIa和IFNGR1蛋白的大环肽。hFXIIa蛋白是一种参与凝血与炎症过程的丝氨酸蛋白酶，其抑制剂可作为其潜在的抗血栓药物。IFNGR1是IFN-γ受体，IFNGR1抑制剂可作为潜在的自身免疫疾病的药物，激动剂也可作为抗病毒活性的药物。作者随后将筛选到的4种结合hFXIIa蛋白和6种结合IFNGR1蛋白的大环肽配体。通过化学合成大量筛选出来的配体后，用表面等离子共振测试其与蛋白的结合动力学。这些筛选出的配体的结合常数Ki能达到nM级，比传统的抑制剂高出一个数量级。血清稳定性实验也证明了这些环肽在血液中有很长的半衰期，且不易被肽酶水解。最后，作者解析了非天然折叠体F3与hFXIIa结合的晶体结构，发现F3能以底物的形式结合到hFXIIa的活性位点，并且F3中两个(1S,2S)-2-ACPC通过诱导形成γ和 β转弯促进了整体折叠，从而促进了分子内的相互作用。
总之，作者通过核糖体合成了含有环状β氨基酸的非天然折叠体，并且在这种大环肽的数据库中筛选出了能够高效结合hFXIIa和IFNGR1蛋白的配体。
本文作者：TH
责任编辑：LYP
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41557-020-0525-1
文章引用：DOI: 10.1038/s41557-020-0525-1
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