最新ACCOUNTS:—肽酶促脂化催化剂

Q1 研究背景

生物活性肽代表了一个主要的不断增长的治疗药物类别，已有 80 多种肽药物进入市场，近 400-600 种候选药物 B 目前正在进行临床前研究。肽的显着效力、选择性和低免疫原性 随着生产的简便性，从 1980 年代胰岛素、亮丙瑞林和戈舍瑞林的商业成功生产开始 , 鉴于肽合成的技术简便性、生物制剂的成功以及对研究的投资增加 因此，基于肽的治疗剂市场将继续扩大。

然而，肽的治疗潜力受到一些限制，包括口服生物利用度低、药代动力学行为差以及中短肽的血浆稳定性低。已经采用了许多策略来改善肽的药理学特征，例如环化、酰胺骨架的修饰、使用非天然氨基酸以及连接磷酸盐、糖或脂质等官能团。脂化已被证明是提高肽疗法治疗潜力的稳健有效的策略。

脂化肽疗法的成功例子包括环状脂肽抗生素达托霉素 (Cubicin RF)和多粘菌素 B (Poly-Rx)，抗糖尿病胰高血糖素样肽-1类似物利拉鲁肽 (Victoza)和索马鲁肽(Ozempic)，和地特胰岛素 (Levemir)（图 1）。显着提高受体选择性和酶稳定性。脂化还可以通过促进肽与细胞膜的相互作用、提高摄取、允许与血清白蛋白的非特异性相互作用以减少肾滤过并影响肽的寡聚状态来提高生物利用度。肽以限制蛋白水解降解。

最后，与其他修饰相比，例如聚乙二醇的共价连接（聚乙二醇化），肽的脂化不会显着影响体外活性。肽和蛋白质的脂化是一种确定的翻译后修饰。蛋白质脂化，包括异戊二烯化，已知豆蔻酰化和棕榈酰化可调节生物功能；例如，RAS 超家族成员的致癌活性受异戊二烯化的调节。此外，天然存在的脂肽广泛存在于细菌和真菌中，一些特征样本具有已知的治疗潜力。许多此类脂肽是由非核糖体产生的。

肽合成酶 (NRPS) 和已证明的生物活性包括抗真菌剂（伊曲霉素和 eichnocandins）、抗微生物剂（表面活性素、达托霉素和多粘菌素）、和抗肿瘤剂（凯鲁因）等生物活性。脂质由脂肪酸合酶 (FAS) 或专用聚酮化合物合成酶 (PKS) 独立合成。转酰化由缩合结构域催化，该缩合结构域将硫酯活化的脂质转移到装载在肽基载体蛋白 (PCP) 上的肽底物上。NRPS/PKS 和 NRPS/FAS 系统的底物范围尚未研究，但缩合酶可能仅在其天然底物上起作用。

Q2 文章亮点

1. 作者团队发现生物活性肽是一种主要的不断增长的类药物，但其治疗潜力受到一些限制，包括生物利用度和较差的药代动力学，脂质等官能团的附着已被证明是提高其治疗潜力的稳健有效的策略。 

2.  作者团队发现来自相应簇的 F 异戊二烯基转移酶的生化表征表明，不同的酶具有不同的受体残基特异性，但在其他方面具有显着的序列耐受性。因此，这些酶非常适合生物技术应用。

3. 作者团队发现这些酶很容易适应以多样性为导向的合成工作，因为它们可以容纳不同序列的底物肽，因此是用于合成生物学方法以产生高价值肽治疗剂的有吸引力的催化剂。

Q3 图文速读

 图 1. 已被批准用于治疗用途的代表性脂质附着肽的化学结构。这些化合物中的每一种都是天然产物或衍生自生物化合物。脂肽天然产物通常由非核糖体肽合成酶（肽部分）和聚酮化合物或脂肪酸合成酶（脂质成分）的组合产生

图 2. 作为核糖体合成和翻译后修饰肽 (RiPP) 途径产物的生物活性脂肽的化学结构。脂质衍生自类异戊二烯或脂肪酸，并分别通过异戊二烯基转移酶或酰基转移酶与肽缀合

图 3. cyanobactins生物合成的一般方案。前体是核糖体合成的，由前导序列 (LP)、核心肽 (CP) 和识别序列 (RS) 组成。一般的翻译后修饰包括酶 D 和 OX 的杂环化、酶 A 和 G 的蛋白水解、酶 G 的大环化和酶 F 对修饰肽的异戊二烯化以制备最终产物

图 4. 从Lyngbya sp.合成 aestuaramide A的生物合成途径。前体肽包含多个排列为盒的核心序列。每个核心的杂环化和大环化由规范的生物合成酶进行。纯化的 aestuaramide A 与重组 LynF的孵育导致 Tyr上的异戊二烯化，随后进行克莱森重排以产生 Tyr 正向 C-异戊二烯化产物

图5. (A)PagF(PDB ID 5TU6)和底物DMSPP的共晶结构。表面剖面图显示，大的环状底物结合在活性位点桶的底部，以堵塞溶剂暴露通道。小分子戊烯基转移酶NphB (B) (PDB ID 1ZCW)和FgaPT2 (C) (PDB ID 3I4X)的晶体结构显示了溶剂封闭的活性位点，其中疏水桶的基部被二级结构元件包裹（红色）。螺旋的颜色是青色(PagF)、绿色(NphB)或蓝色(FgaPT2)，而链的颜色是粉红色

图6.（A）PagF催化C5二甲基烯丙基供体DMAPP在Tyr上的转移，不能使用GPP转移C10异戊烯。（b）相反，PirF（PDB ID 6PGM）执行来自GPP的C10转移，但使用DMAPP显示无活性。比较了（C）PagF（PDBID 5TU6）和（D）PirF（PDB ID 6PGM）的晶体结构，发现两种酶的不同之处在于PagF活性位点的F222被PirF中的G221取代

图 7. 新的cyanobactin prenyltransferases (PTases) 的鉴定和表征的时间表，以及修饰的最终产品的化学结构

图 8. (A) 使用 InterPro IPR031037 查询 EFI-EST 工具生成并在 Cytoscape 中可视化的 F 家族酶的序列相似性网络。节点以 86 的比对分数阈值（~53% 序列同一性）进行聚类。在此阈值下，序列根据其预期的化学选择性聚集在一起。不与任何其他聚类的序列显示为青色圆圈。(B) 残基化学特异性显示的已知翻译后异戊二烯化类型以及安装这些修饰的酶的名称。

Q4 总结展望

F酶对肽底物异戊二烯化的广泛耐受性与序列无关表明它们可能在生物技术中具有实用性，并且任何此类用途都将受益于对每种F酶的受体残基化学选择性的详细了解。为此，我们使用 Enzyme Function Initiative (EFI-EST)的 Enzyme Similarity Tool 为 F 同源物生成序列相似性网络来自UniProtKB数据库 (IPR031037) 的已知序列。在86的比对分数阈值 (~53% 序列同一性) 下，基于已知酶的功能，这些序列相对于它们的预期化学选择性聚集在一起 (图8)。

虽然最终产物的立体化学无法通过生物信息学来辨别，但诸如EFI-EST之类的工具的实用性应有助于在新测序的蓝细菌基因组中快速鉴定新型催化剂，以进一步进行体外作用。这些酶很容易适应面向多样性的合成，因此是用于合成生物学方法以产生高价值的肽治疗的有吸引力的催化剂。此外，简单的突变改变可以改变异戊二烯供体的特异性，并进一步扩大可用于合成工作的生物催化剂的范围。作者预计，对F酶之间的结构-功能关系的了解将有利于未来的研究，其中这些催化剂将用于生产脂化肽产物的大型文库或指导生物活性化合物的合成。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.accounts.2c001084