多肽的末端功能化對其生化性質(zhì)具有重要影響。通過對C端的特異性修飾可以使多肽的體內(nèi)代謝半衰期延長、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（例如，熒光基團、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、去保護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領(lǐng)域，也是多肽的工業(yè)化生產(chǎn)中急需解決的問題。
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)鏈保護和去保護、無消旋化副反應(yīng)等特點，因此具有極大的優(yōu)勢。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，通過計算機設(shè)計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”的計算策略對多肽酰胺酶進行工程化改造。通過使用靜態(tài)能量計算作為分子設(shè)計基礎(chǔ)，結(jié)合動態(tài)分子動力學(xué)模擬進行虛擬篩選，科研人員設(shè)計了經(jīng)過高度改造的多肽酰胺酶突變體PAM12A（包含12個突變點）。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相中催化許多在水相中由于熱力學(xué)或動力學(xué)限制而無法進行的反應(yīng)。實驗結(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，研究人員還對藥物多肽腦啡肽、胃泌素和舍莫瑞林進行了定點修飾，顯示了該酶的實際應(yīng)用潛力。
上述研究成果已經(jīng)在美國化學(xué)會ACS CATALYSIS 在線發(fā)表，并被選為ACS EDITOR’S CHOICE重點推薦文章。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劃基金支持。
計算機設(shè)計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)
