天津大学-天津大学生命科学学院轩维民课题组实现异天冬氨酸在蛋白质中的位点选择性构建

（生命科学学院供稿）翻译后修饰（Post-Translational Modification, PTM）能够影响蛋白质的结构、功能、细胞定位和稳定性，对于生命活动至关重要。其中，Asn脱酰氨基化和Asp异构化能够在蛋白质中自发进行，最终形成独特的β-链接氨基酸，即异天冬氨酸（L-isoaspartate，isoAsp）。如图1所示。Asn/Asp自发形成的isoAsp是一种具有普遍性的蛋白质PTM，与许多疾病相关，但由于形成过程时间长（半期以月和年计算）、位点多，isoAsp相关生物学研究十分困难。同时，作为一种β-氨基酸，isoAsp在生物医药领域有重要应用价值。

图1.蛋白质中Asn脱酰氨基化和Asp脱水异构化示意图，以及PIMT对L-isoAsp的修复原理。

近期，轩维民课题组受PIMT对isoAsp修复过程的启发，设计侧链羧基酯化的Asp衍生物，作为非天然氨基酸（noncanonical amino acid, ncAA），利用密码子扩展技术（Genetic Code Expansion,GCE）将其引入蛋白质；侧链酯基将加速C端氨基酸α-N的分子内亲核取代反应，促进中间体Suc形成；之后Suc可自发水解，生成isoAsp。

图2.位点选择性引入isoAsp的原理示意图。

实验中，作者通过基因编码BnD在蛋白质（如钙调蛋白、超氧化物歧化酶1等）特定位点构建isoAsp修饰，验证了Asn异构对蛋白质结构的损伤；分析表明，本方法可将Asn异构化速率提升1000倍，是构建isoAsp的有效方法。此外，isoAsp赋予的独特拓扑结构和蛋白酶耐受性，在生物药物研发中具有重要的应用前景。

图3. 通过编码BnD，显著加速蛋白中特定位点isoAsp的形成。

该工作近日发表于Angewandte Chemie International Edition，文章的第一作者为吴启凡博士（现就职于燕山大学）和博士生杨晓晨，轩维民教授为该工作的通讯作者。南开大学苏循成教授、大连理工大学秦洪强教授在实验过程中对本项目做出了重要贡献。该工作得到了叶升教授及团队的大力支持。该研究得到了国家重点研发计划以及国家自然科学基金的经费资助。

（编辑 刘延俊 郭新婷）