Erhöht die Stabilität und Widerstandsfähigkeit von Proteinen durch ineinandergreifende Ringe

Diese Studie wird von Prof. Wen-Bin Zhang (College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University & Beijing Academy of Artificial Intelligence) und Dr. Jing Fang (College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University) geleitet. Ein Einzeldomänenprotein Catenan bezieht sich auf zwei mechanisch ineinandergreifende Polypeptidringe, die sich synergetisch zu einer kompakten und integrierten Struktur falten, was in der Natur äußerst selten vorkommt. Dieses Design wurde erreicht, indem die Konnektivität zwischen Sekundärmotiven neu verkabelt wurde, um eine künstliche Verschränkung einzuführen, und die Synthese konnte problemlos durch eine Reihe programmierter, optimierter posttranslationaler Verarbeitungsereignisse in Zellen ohne zusätzliche In-vitro-Reaktionen erreicht werden.

Das Einzeldomänen-Catenan Katze-DHFR wurde gründlich charakterisiert. Beweise aus kombinierten SDS-PAGE-, SEC-, LC-MS-, IMS-MS- und proteolytischen Verdauungsexperimenten bewiesen eindeutig seine Topologie. Der Katze-DHFR weist verbesserte Antiaggregationseigenschaften auf und hat eine T_M das sind 6 °C höher als die lineare Kontrolle. Obwohl die katalytische Aktivität von Katze-DHFR ist aufgrund seiner verringerten Affinität zum Substrat und Cofaktor reduziert und weist eine bessere thermische Widerstandsfähigkeit auf als l-DHFR. Selbst nach 10-minütiger Inkubation bei 70 °C Katze-DHFR behielt über 70 % der katalytischen Aktivität, während die lineare Kontrolle fast die gesamte Aktivität verlor. Das Forschungsteam geht davon aus, dass diese Methode allgemein auf andere Einzeldomänenproteine ​​anwendbar sein könnte, einschließlich solcher mit DHFR-ähnlichen oder völlig anderen Faltungen. Die Verfügbarkeit dieser Einzeldomänen-Proteincatenane erleichtert die Aufklärung topologischer Auswirkungen auf Struktur-Eigenschafts-Beziehungen. Die Ergebnisse deuten darüber hinaus darauf hin, dass es möglich ist, das aktuelle lineare Proteinuniversum in Einzeldomänen-Protein-Catenane mit gut erhaltenen Funktionen und zusätzlichen Vorteilen abzubilden, was Neuland für Proteinmoleküle erschließt. Diese topologischen Proteine ​​übertreffen das lineare Paradigma natürlicher Proteinmoleküle und sind mehrkettige, mehrdimensionale Moleküle mit funktionalen Vorteilen der Topologie, vielfältigen Designmöglichkeiten und ausgezeichneter Evolvierbarkeit. Als neue Klasse von Proteinmolekülen bergen sie großes Potenzial für ein breites Anwendungsspektrum, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, industrielle Enzyme, Antikörper, Zytokine und Biomaterialien.