image: (a) l-DHFR（左）和cat-DHFR（中）的拓扑结构示意图及cat-DHFR的逆合成分析（右）；数字及字母分别指代从N段到C段的β折叠和α螺旋，索烃拆分位点（88位和89位氨基酸之间）位于α螺旋-C和β折叠-5之间；示意图中高亮的线段指代cat-DHFR中产生的新的柔性链；星形指代索烃的环I上可能的拆分位点，并在该位置融合分离型内含肽；L2指代索烃的环II中新生成的柔性链；(b) cat-DHFR的胞内合成过程示意图，DHFR1进行了环状重排，按照野生型DHFR从N端到C端的顺序将该部分命名为DHFR1-1和DHFR1-2；环I序列中插入TEV蛋白酶识别序列和寡聚甘氨酸柔性链，环II序列中插入组氨酸标签和一段柔性链（这两部分加在一起是L2）；(c) 使用服务器（https://robetta.bakerlab.org/）对l-DHFR进行结构预测；(d) 野生型DHFR的高斯连接数(GLN)矩阵，即所有残基与其相邻残基的高斯连接数，方框中的所有值之和即为索烃两条链间的高斯连接数，反映了两条链间的缠结程度。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，《国家科学评论》在线发表了北京大学化学与分子工程学院张文彬教授、方晶博士等人的研究成果。该研究团队通过对二氢叶酸还原酶（DHFR）的二级结构进行重新接线，以其天然存在的缠结结构为模板，实现了单结构域二氢叶酸还原酶索烃的胞内直接合成，无需任何额外的体外反应。他们通过SDS-PAGE、SEC、LC-MS、IMS-MS及TEV蛋白酶酶解实验等对索烃产物进行表征，证明了其拓扑结构。与线型对照相比，索烃化产物由于构象限制表现出更好的抗热聚集能力和热回复性。即使在70 ℃下孵育10 min，索烃DHFR仍能保留超过70%的催化活性，而线型对照几乎完全丧失活性。单结构域索烃的合成方法开拓了蛋白质工程的全新视野，预计同样适用于其他单结构域蛋白质。这将有利于构效关系的探究和阐释。同时，除了具有拓扑结构带来的功能优势以外，单结构域拓扑蛋白质预计还具有更广阔的设计空间和更好的可进化性，在工业酶工程和生物医药等领域具有广泛的应用前景。
研究详情请见原文：
A Single-domain Protein Catenane of Dihydrofolate Reductase
https://doi.org/10.1093/nsr/nwad304