分享一篇發(fā)表在ACS Chemical Biology上的文章，題目為：Reengineering of Circularly Permuted Caspase-2 to Enhance Enzyme Stability and Enable Crystallographic Studies. 本文通訊作者是明尼蘇達(dá)大學(xué)的Michael A Walters教授和Jessica L Fuller博士，Walters教授專注于開發(fā)針對重要生物靶點的新型小分子化合物。
Caspase-2 (Casp2) 在阿爾茨海默病?(AD) 中被發(fā)現(xiàn)可切割 tau 蛋白形成 Δtau314 片段，這種片段可逆地?fù)p害認(rèn)知和突觸功能。因此，抑制Casp2成為治療AD的潛在有效策略。研究團(tuán)隊此前已合成并表征了多種肽類和擬肽類抑制劑，這些抑制劑對Casp2表現(xiàn)出高效力和較好的選擇性。然而，Casp2的低表達(dá)產(chǎn)量一直阻礙著晶體學(xué)實驗，使基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計面臨重大挑戰(zhàn)。
為獲得易于結(jié)晶的Casp2蛋白，研究人員對環(huán)狀置換 (cp) Casp2進(jìn)行了精細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計。首先，他們利用ColabFold分析了cpCasp2的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)L5環(huán)區(qū)域的置信度評分較低，推測這可能是導(dǎo)致結(jié)晶困難的關(guān)鍵因素。基于這一發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊設(shè)計了兩類突變體：一類是”缺失突變體”，通過刪除L5中特定氨基酸生成；另一類是”工程化突變體”，通過移除L5區(qū)域中圍繞G-S連接子的較大部分（9-10 個殘基），并用更小的、促進(jìn)轉(zhuǎn)角形成的殘基（如甘氨酸和脯氨酸）替換，以增強(qiáng)環(huán)的穩(wěn)定性。
隨后，研究人員表達(dá)純化了這些突變體，并測定它們與野生型Casp2的酶活性和底物結(jié)合能力。結(jié)果顯示，這些突變體保持了與原型相似的生物學(xué)功能，其中JF1cpCasp2突變體尤為突出——不僅酶活性與cpCasp2相當(dāng)，動力學(xué)模擬還表明其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性優(yōu)于cpCasp2，且更易于結(jié)晶?；谶@些優(yōu)勢，研究者成功解析了JF1cpCasp2與經(jīng)典抑制劑AcVDVAD-CHO的共晶結(jié)構(gòu)。
?這項研究通過精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)工程，成功獲得了易于結(jié)晶且保持原有活性的Casp2突變體，為 Casp2抑制劑的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向設(shè)計提供了關(guān)鍵工具，將顯著推動針對阿爾茨海默病的新型治療策略開發(fā)。
本文作者：YSL
責(zé)任編輯：LZ
DOI：10.1021/acschembio.4c00795
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acschembio.4c00795
