PNAS—来鲁华小组—功能蛋白质设计

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PNAS—来鲁华小组—功能蛋白质设计


来源：国家自然科学基金委 发布时间：2007-5-28 17:3:28 小号字 中号字 大号字


3月27日出版的《美国科学院院刊》（PNAS）刊登了北京大学化学与分子工程学院来鲁华教授领导的课题组在功能蛋白质设计方面的研究成果（Liu S, Liu SY, Zhu XL, Liang HH, Cao AN, Chang ZJ and Lai LH*. Nonnatural protein-protein interaction-pair design by key residues grafting. PNAS,104:5330-5335,2007），该成果是在国家自然科学基金等项目资助下，我国科学家在功能蛋白质设计领域取得的重要进展之一。论文发表后引起了国际学术界的广泛关注，如BioCentury就此发表了专访。

熟知，蛋白质在生命活动中占有非常重要的地位，几乎所有的生命活动都需蛋白质的参与。虽然生命活动需要功能繁多的蛋白质，但是结构研究发现，天然蛋白质的三维结构却是有限的，这表明相同结构的蛋白质可能具有不同的功能；反之，不同结构的蛋白质也可具有相同的功能。正如现实生活中，我们所看到的钥匙具有各种各样的形状，但是只要它们的关键部分“齿纹”一样，就能够有同样的功能，即可打开同一把锁。在生命过程中，蛋白质不断地与其它分子（如蛋白质，核酸，小分子等）发生相互作用，相互作用的两个蛋白质，如同“锁”和“钥匙”的关系。来鲁华教授课题组的研究目的，就是将一个蛋白质行使功能的关键“齿纹”（氨基酸残基），复制（“嫁接”）到另一个结构完全不同的蛋白质上，使它具有开同一把“锁”的功能（和同一个蛋白质结合）。

蛋白质结构中少数几个残基在蛋白质和蛋白质结合时起到非常关键的作用。针对这一关键问题，来鲁华教授课题组发展了一种“蛋白质关键残基嫁接”的算法，用于将一个蛋白质的关键功能性残基嫁接到另一个不同结构的蛋白质上，并将这种方法应用到了实际体系的研究中，取得了成功。促红细胞生成素（EPO）通过和它的受体（EPOR）相互作用，促进红细胞的分化和成熟。将EPO上的关键功能性残基嫁接到一个结构完全不同的PH结构域蛋白上后，PH蛋白具有了和EPOR结合的功能，而这种功能在自然界中是不存在的。这种方法将有可能应用在更为广泛的体系上，实现蛋白质功能的自由设计。