选择性结合天然L-蛋白的非生物D-蛋白已获得重要的生物技术兴趣。
然而，控制这种异手性蛋白质-蛋白质相互作用的潜在结构原理在很大程度上仍然未知。
2024年8月14日，西湖大学卢培龙及清华大学刘磊共同通讯在
Cell Research
在线发表题为“
Accurate de novo design of heterochiral protein–protein interactions
”的研究论文，该研究提出了由50-65个残基组成的D-蛋白的从头设计，旨在靶向L-蛋白或L-肽的特定表面区域。
利用专门针对L-肽或L-蛋白的D蛋白设计，为系统探索镜像蛋白领域开辟了道路，为各种应用铺平了道路。
D-蛋白是蛋白质分子，其多肽链由D-氨基酸和非手性氨基酸甘氨酸组成。
D-蛋白
可以与天然L-蛋白靶点形成特异性的异手性蛋白相互作用，由于其高度的生物正交性和稳定性，在分子工具、治疗和诊断方面具有显著的潜力。为了鉴定能够与目标L-蛋白结合的D-蛋白，已经开发了镜像肽噬菌体展示方法。
然而，精确地靶向目标蛋白的特定表面区域并确认初始随机文库中存在有效的结合物仍然具有挑战性。
与传统的选择方法相比，计算方法提供了一种更先进的策略，通过靶向靶蛋白表面的特定区域来识别结合物。
L-蛋白被设计用来结合天然存在的靶蛋白。然而，设计针对L-蛋白的D-蛋白面临的一个重大挑战是，
对L-蛋白和D-蛋白之间的异手性相互作用的理解有限——在蛋白质数据库(PDB)中，只有少数高分辨率的3D结构可用于异手性蛋白复合物。
目前已经产生了结合L-蛋白靶点的单螺旋D-肽，然而，这种方法依赖于与目标蛋白结合的L-构型中已知的α-螺旋的结构信息，并且仅限于单螺旋支架。
到目前为止，这些设计的D-肽和L-蛋白靶复合物的结合模式还没有得到高分辨率结构的验证。
精确设计针对任何靶蛋白或肽的特定表面区域的D-蛋白，以及仅从靶蛋白结构重新设计D-蛋白结合物，仍然是尚未解决的问题。
利用综合计算和实验方法重新设计L-蛋白靶向D-蛋白（图源自
Cell Research
）
该研究提出了由50-65个残基组成的D-蛋白的从头设计，旨在靶向L-蛋白或L-肽的特定表面区域。
该研究设计的D-蛋白结合物对人工L-肽以及两种天然存在的具有治疗意义的蛋白具有纳米级亲和力：人原肌球蛋白受体激酶A (TrkA)的D5结构域和人白细胞介素-6 (IL-6)。
值得注意的是，这些D-蛋白结合物具有很高的对映体特异性和靶特异性。
在基于细胞的实验中，设计D-蛋白结合物有效抑制TrkA和IL-6的下游信号传导。
此外，这些粘合剂表现出显著的热稳定性和抗蛋白酶降解性。所设计的异手性D-蛋白-L-肽复合物的晶体结构以2.0 Å的分辨率得到，与设计模型非常接近，表明所采用的计算方法具有很高的精度。此外，晶体结构为螺旋L-肽和D-蛋白之间的相互作用提供了有价值的信息，特别是阐明了一种新的异手性螺旋-螺旋相互作用模式。
利用专门针对L-肽或L-蛋白的D蛋白设计，为系统探索镜像蛋白领域开辟了道路，为各种应用铺平了道路。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07817-y
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