Une plate-forme multi-enzymes pour la synthèse de protéines sans trace à séquence illimitée

Une plate-forme multi-enzymes est développée pour la synthèse et la modification de protéines sans trace sans contrainte de séquence avec des peptides synthétiques ou des protéines recombinantes, selon une nouvelle étude de l’Académie chinoise des sciences et Fresenius Kabi.

Les résultats, publiés dans la revue Revue scientifique nationale, soulignent que des enzymes ayant diverses fonctions peuvent être exploitées rationnellement pour offrir une synthèse et une fonctionnalisation de protéines sans trace avec une flexibilité remarquable dans le choix des sites de ligature et des substrats peptidiques.

La synthèse chimique et la semi-synthèse des protéines ont profondément impacté la recherche en sciences de la vie ainsi que l’innovation pharmaceutique. Au cours des deux dernières décennies, le développement de stratégies de synthèse protéique s’est concentré sur la façon d’effectuer la ligature sélective de deux peptides non protégés en présence des nombreuses chaînes latérales réactives. En raison de la structure moléculaire spécifique du site de ligature pour la capture chimiosélective, les déconnexions rétrosynthétiques possibles des méthodes chimiques existantes sont limitées à seulement quelques résidus d’acides aminés.

“La nature produit des systèmes de biomolécules sophistiqués pour catalyser une quantité énorme de réactions avec une excellente chimio, régio et stéréosélectivité”, a déclaré le Dr Bian Wu, professeur à l’Institut de microbiologie de l’Académie chinoise des sciences. “Nous avons envisagé que l’assemblage indépendant de la séquence de peptides natifs pourrait être réalisable en utilisant plusieurs enzymes qui présentent à la fois une régiosélectivité stricte et une large spécificité de substrat.”

Dans le processus de synthèse naturelle des protéines par le ribosome, la collaboration élégante des aminoacyl-ARNt synthétases (activation) et du ribosome (ligation) a permis l’assemblage précis de divers acides aminés sans groupes protecteurs supplémentaires. De même, pour permettre la conjugaison de peptides natifs sans protection de chaîne latérale, au moins une enzyme pour l’activation du peptide C-terminal et une enzyme supplémentaire pour la formation d’amides sont nécessaires.

Dans ce contexte, Wu et ses collaborateurs se consacrent depuis plus de dix ans à l’extraction et à l’ingénierie des enzymes liées au traitement des peptides. Remarquablement, une peptide amidase (PAM) hautement efficace et robuste pour la fonctionnalisation du peptide C-terminal, et la famille Peptiligase pour la conjugaison de peptides, ont été développées et démontrées applicables dans la fabrication industrielle de peptides pharmaceutiques.

Dans la présente étude, un pont reliant les deux biocatalyseurs est introduit pour construire la voie réactionnelle complète. L’amide peptidique, l’un des produits de synthèse peptidique en phase solide (SPPS) les plus basiques, est initialement modifié par PAM pour produire l’hydrazide peptidique correspondant. Ensuite, l’hydrazide peptidique est oxydé et transformé en l’ester peptidique, qui est ensuite utilisé comme substrat de la peptiligase pour une ligature sans trace.

Cette voie de réaction en cascade est également disponible pour les protéines recombinantes à l’aide de la peptidyl-glycine hydroxylating monooxygénase (PHM) et de la peptidyl-α-hydroxyglycine amidating lyase (PAL) qui peuvent produire le peptide amide des-glycine. La polyvalence de chaque enzyme a été évaluée via près de deux cents réactions modèles au total, démontrant la splendide compatibilité de séquence de cette plate-forme d’activation et de ligature de protéines avec plusieurs enzymes (PALME).

Pour examiner plus en détail le champ d’application de la plate-forme PALME, Wu et ses collègues ont synthétisé un groupe de cibles réelles allant des ingrédients pharmaceutiques actifs aux protéines modifiées fonctionnelles, y compris plusieurs cibles actuellement insolubles comme une biomacromolécule fonctionnalisée en interne et une protéine recombinante portant plusieurs résidus Cys adjacents.

En raison de la nature modulaire, la plate-forme PALME est également très complémentaire à d’autres techniques modernes telles que la chimie des flux pour la construction de procédures de synthèse de protéines coopératives. “Nous prévoyons que cette étude servira de modèle pour le développement futur d’un protocole largement applicable pour accéder aux protéines synthétiques et faciliter le développement de la biologie synthétique.”, a déclaré Wu.