新策略化学合成膜蛋白及其动态生物物理研究

Chemical synthesis of membrane proteins can acess a protein with any desired function (such as isotope-labelled and post-translationally modified proteins). Its broad application prospects include the drug discovery and structure-function relationship studies of membrane proteins. The most promising method of chemical synthesis of membrane proteins is glycine-based reversible backbone modification (RBM) strategy. A common required element of the RBM strategy is a glycine residue at the modification site. To extend RBM strategy of membrane proteins to non-Gly sites, the project will attempt to achieve the following goals: (1) Development of reversible backbone modification strategies at Ser/Thr sites using O-to-N acyl shift or new amino-protecting groups; (2) Synthesis of the HIV-1-specific Vpu protein to verify the applicability of the new strategy; (3) Synthesis of phosphorylated Vpu by the new method to discover new roles of those phosphorylations; (4) Measuring NMR spectra to find the cross-talking of these phosphorylations of 13C-labelled Vpu. Those new methods would enable introducing reversible backbone modification at non-glycine sites to expand the scope of membrane protein synthesis and allow incorporation of specific isotope labeling into membrane proteins for dynamic biophysical studies.

化学合成膜蛋白能够得到特定功能的膜蛋白(例如同位素标记和翻译后修饰)，在药物研发和蛋白结构-功能研究等领域具有巨大应用前景。目前，化学合成膜蛋白的有效方法是可逆主链骨架修饰策略。但是，该策略仅限于Gly位点引入，这极大限制了该策略的推广使用。为突破这一限制，本项目拟计划：(1) 通过“O-to-N”酰基迁移或发展新型氨基保护基手段，在Ser/Thr这两个位点实现可逆骨架修饰策略；(2) 为验证新策略的有效性，化学合成HIV-1型的Vpu膜蛋白；(3) 利用新策略，合成磷酸化修饰及13C标记定点的膜蛋白Vpu，探索膜蛋白Vpu不同位点的磷酸化修饰的新功能；(4)通过测定核磁共振信号，获得Vpu磷酸化翻译后修饰的相互作用关系。通过本项目执行，期望发展一种Ser/Thr位点引入可逆骨架修饰策略，实现膜蛋白的高效化学合成。同时，利用新策略合成定点同位素标记的膜蛋白，用于动态生物物理研究。

化学合成膜蛋白能够得到特定功能的膜蛋白(例如同位素标记和翻译后修饰)，在药物研发和蛋白结构-功能研究等领域具有巨大应用前景。目前，化学合成膜蛋白的有效方法是可逆主链骨架修饰策略。但是，该策略仅限于Gly位点引入，这极大限制了该策略的推广使用。为突破这一限制，本项目的主要内容包括：（1）利用“O-to-N 酰基迁移”策略等，设计、优化合成新型骨架修饰结构单元，进行膜蛋白化学合成新方法的发展和探索；（2）利用新发展的膜蛋白合成新策略，进行了定点标记、翻译后修饰等膜蛋白样品的化学合成；（3）利用化学合成得到的蛋白质探针分子，研究了膜蛋白结构和功能。获得的成果包括：（1）发展了新的膜蛋白化学合成方法，为化学合成含定点标记的膜蛋白质提供有效技术；（2）使用膜蛋白合成新技术和方法，制备定点同位素标记的丙型肝炎病毒HCV的离子通道蛋白p7，获得p7离子通道膜蛋白与金刚烷胺抑制剂的结合位点信息；（3）发展靶向膜蛋白的蛋白质探针,阐释膜蛋白介导的细胞动态过程。在本项目的资助下，共发表了J. Am. Chem. Soc.、Nat Protocols、Acc. Chem. Res.等SCI论文14篇，其中项目负责人为第一作者的论文1篇，项目负责人为通讯作者的论文12篇。