該研究由張文斌教授(北京大學化學與分子工程學院、北京人工智能研究院)和方靜博士(北京大學化學與分子工程學院)領導。單域蛋白索烷是指兩個機械連鎖的多肽環(huán)，協(xié)同折疊成緊湊完整的結(jié)構(gòu)，這在自然界極為罕見。這種設計是通過重新連接次級基序之間的連接以引入人工纏結(jié)來實現(xiàn)的，并且通過細胞中一系列程序化的簡化翻譯后處理事件輕松完成合成，而無需任何額外的體外反應。
單域索烷cat-DHFR得到了徹底的表征。來自組合SDS-PAGE、SEC、LC-MS、IMS-MS和蛋白水解消化實驗的證據(jù)明確證明了其拓撲結(jié)構(gòu)。cat-DHFR表現(xiàn)出增強的抗聚集特性，并且Tm比線性對照高6°C。雖然cat-DHFR由于對底物和輔因子的親和力降低而導致催化活性降低，但其熱彈性比l-DHFR更好。即使在70°C孵育10分鐘后，cat-DHFR仍保留超過70%的催化活性，而線性對照幾乎失去了所有活性。研究小組預計，這種方法可以普遍適用于其他單域蛋白，包括那些與DHFR折疊相似或折疊完全不同的蛋白。這些單域蛋白質(zhì)鏈烷的可用性有助于闡明拓撲對結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關系的影響。結(jié)果進一步表明，可以將當前的線性蛋白質(zhì)宇宙映射到具有保存完好的功能和額外益處的單域蛋白質(zhì)鏈中，為蛋白質(zhì)分子開辟新領域。這些拓撲蛋白質(zhì)超越了天然蛋白質(zhì)分子的線性范式，是多鏈、多維分子，具有拓撲的功能優(yōu)勢、豐富的設計可能性和優(yōu)異的可進化性。作為一類新型蛋白質(zhì)分子，它們具有廣泛應用的巨大潛力，包括但不限于工業(yè)酶、抗體、細胞因子和生物材料。
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