Jo-Chu Tsou, Chun-Ju Tsou, Chun-Hsiung Wang, An-Li A. Ko, Yi-Hui Wang,
Huan-Hsuan Liang, Jia-Cheng Sun, Kai-Fa Huang, Tzu-Ping Ko, Shu-Yu Lin,
and Yane-Shih Wang
J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 49, 33309–33315

中央研究院 生物化學研究所 王彥士助研究員

蛋白質藥物在近代醫學治療已漸漸成為許多重大疾病治療的選項之一，以小分子化學修飾的蛋白質可以攜帶小分子藥物，調整在體內的活性週期，以及隔絕引起副作用的蛋白-蛋白作用介面。在以小分子修飾的蛋白質化學研究中，蛋白質中較具親核性的半膀胺酸(Cysteine)及賴胺酸(Lysine) 的干擾，加上缺乏對化學反應過程的空間控制，實現蛋白特定位置的組胺酸(Histidine)化學修飾仍然是一個重大挑戰。

中央研究院生物化學研究所王彥士實驗室透過單點或雙點非典型胺基酸突變，利用自組裝重鏈人類鐵蛋白作為蛋白載體，模仿生物系統的蛋白後轉譯修飾酵素原理，設計含銅麥克加成酶(Michael ligase)，通過蛋白質x射線繞射晶體結構和低溫電子顯微鏡蛋白結構分析確立所設計的二價銅螯合環境，並進一步以蛋白質譜分析了解催化活性及位置特異性。

研究結果顯示，此初代含銅麥克加成酶在測試了8種10-607個胺基酸序列的蛋白質以及8種含α,β-不飽和官能基化合物基質，展現不同程度對蛋白組胺酸殘基的活性。除此之外，通過將胰島素靶向肽接上含銅麥克加成酶實現胰島素組胺酸位置特異性催化，並達成完全反應。 此生物催化平臺的成功引進非生物有機化學反應催化蛋白質特定胺基酸殘基的新方法，這也可能進一步使此催化反應能夠在生物體內進行。