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噬菌体辅助进化获得具有重编程特异性的肉毒杆菌神经毒素蛋白酶
作者:小柯机器人 发布时间:2021/2/20 15:03:56

美国哈佛大学医学院刘如谦、Min Dong等研究人员合作通过噬菌体辅助进化,获得具有重编程特异性的肉毒杆菌神经毒素蛋白酶。2021年2月19日,国际知名学术期刊《科学》发表了这一成果。

研究人员开发了具有同时正向和负向选择的噬菌体辅助蛋白酶进化系统,并将其应用于三种肉毒杆菌神经毒素(BoNT)轻链蛋白酶。研究人员将BoNT/X蛋白酶进化为可优先切割囊泡相关膜蛋白4(VAMP4)和Ykt6的独立变体,进化了BoNT/F蛋白酶来选择性切割非天然底物VAMP7,并进化了BoNT/E蛋白酶来切割磷酸酶和肌腱蛋白同源物(PTEN),但不是神经元中的任何天然BoNT蛋白酶底物。进化的蛋白酶显示出特异性的巨大变化(218到11,000,000倍),并且可以保留其形成自我递送至初级神经元的全毒素能力。

这些发现为重编程蛋白酶建立了通用平台,从而选择性地切割具有治疗意义的新靶标。 

据介绍,尽管定制的序列特异性蛋白酶具有发展生物技术和医学的潜力,但是具有定制切割特异性的蛋白酶的产生仍然是主要的挑战。

附:英文原文

Title: Phage-assisted evolution of botulinum neurotoxin proteases with reprogrammed specificity

Author: Travis R. Blum, Hao Liu, Michael S. Packer, Xiaozhe Xiong, Pyung-Gang Lee, Sicai Zhang, Michelle Richter, George Minasov, Karla J. F. Satchell, Min Dong, David R. Liu

Issue&Volume: 2021/02/19

Abstract: Although bespoke, sequence-specific proteases have the potential to advance biotechnology and medicine, generation of proteases with tailor-made cleavage specificities remains a major challenge. We developed a phage-assisted protease evolution system with simultaneous positive and negative selection and applied it to three botulinum neurotoxin (BoNT) light-chain proteases. We evolved BoNT/X protease into separate variants that preferentially cleave vesicle-associated membrane protein 4 (VAMP4) and Ykt6, evolved BoNT/F protease to selectively cleave the non-native substrate VAMP7, and evolved BoNT/E protease to cleave phosphatase and tensin homolog (PTEN) but not any natural BoNT protease substrate in neurons. The evolved proteases display large changes in specificity (218- to >11,000,000-fold) and can retain their ability to form holotoxins that self-deliver into primary neurons. These findings establish a versatile platform for reprogramming proteases to selectively cleave new targets of therapeutic interest.

DOI: 10.1126/science.abf5972

Source: https://science.sciencemag.org/content/371/6531/803

期刊信息
Science:《科学》,创刊于1880年。隶属于美国科学促进会,最新IF:41.037