多肽的末端功能化對(duì)其生化性質(zhì)具有重要影響。通過(guò)對(duì)C端的特異性修飾可以使多肽的體內(nèi)代謝半衰期延長(zhǎng)、免疫原性降低或毒副作用減少。在多肽的生化性質(zhì)研究中，研究者須將不同的功能化基團(tuán)（例如，熒光基團(tuán)、合成高分子或是免疫標(biāo)記）添加到多肽結(jié)構(gòu)中。此外，高效準(zhǔn)確的多肽C端保護(hù)、去保護(hù)以及選擇性活化方法，也是工業(yè)化多肽合成生產(chǎn)中所迫切需要的技術(shù)。因此，多肽的選擇性C端修飾方法是當(dāng)下生物活性大分子研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，也是多肽的工業(yè)化生產(chǎn)中急需解決的問(wèn)題。
由于多肽結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，化學(xué)修飾步驟多、產(chǎn)率低、難度很大。酶法修飾具有高度的位置和立體選擇性、幾乎不需要額外的側(cè)鏈保護(hù)和去保護(hù)、無(wú)消旋化副反應(yīng)等特點(diǎn)，因此具有極大的優(yōu)勢(shì)。從嗜麥芽窄食單胞菌（Stenotrophomonas maltophilia）中分離的多肽酰胺酶具有很好的潛力作為多肽C末端修飾酶，但是該酶的弱穩(wěn)定性與窄修飾譜限制了其應(yīng)用。
中國(guó)科學(xué)院微生物研究所吳邊課題組與荷蘭格羅寧根大學(xué)以及Enzypep公司合作，通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)獲得了新一代的廣譜多肽C末端修飾酶。研究人員采取了“高低結(jié)合”的計(jì)算策略對(duì)多肽酰胺酶進(jìn)行工程化改造。通過(guò)使用靜態(tài)能量計(jì)算作為分子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，結(jié)合動(dòng)態(tài)分子動(dòng)力學(xué)模擬進(jìn)行虛擬篩選，科研人員設(shè)計(jì)了經(jīng)過(guò)高度改造的多肽酰胺酶突變體PAM12A（包含12個(gè)突變點(diǎn)）。該突變體具有極高的熱穩(wěn)定性（熔解溫度達(dá)到76oC），并可在乙腈、丙酮等多種無(wú)水溶劑環(huán)境中保持?jǐn)?shù)天的穩(wěn)定活性。因此該突變體可以在有機(jī)相中催化許多在水相中由于熱力學(xué)或動(dòng)力學(xué)限制而無(wú)法進(jìn)行的反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PAM12A可以催化包括甲酯化、羥胺化、甲胺化、胺化在內(nèi)的多種不同的多肽修飾反應(yīng)，并且不受多肽本身序列和C端原功能基團(tuán)的限制。在成功嘗試了數(shù)十種不同的短肽修飾后，研究人員還對(duì)藥物多肽腦啡肽、胃泌素和舍莫瑞林進(jìn)行了定點(diǎn)修飾，顯示了該酶的實(shí)際應(yīng)用潛力。
上述研究成果已經(jīng)在美國(guó)化學(xué)會(huì)ACS CATALYSIS 在線發(fā)表，并被選為ACS EDITOR’S CHOICE重點(diǎn)推薦文章。微生物所研究員吳邊為文章的第一作者兼共同通訊作者，助理研究員宋璐和研究實(shí)習(xí)員田玉娥參與了研究工作。
該課題得到了中科院百人計(jì)劃基金支持。
計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)高通用性多肽末端修飾酶及其催化的不受序列限制多肽C端修飾反應(yīng)
