蛋白質(zhì)精準改造是生物醫(yī)藥等領域的核心問題，而高效、精準的分子連接工具則是實現(xiàn)這一目標的重要基礎。天冬酰胺多肽連接酶（Peptide asparaginyl ligases, PALs）是一類來源于含環(huán)肽植物的天然生物催化劑，能夠高效催化肽鏈骨架間酰胺鍵形成，在環(huán)肽合成、蛋白質(zhì)修飾、抗體偶聯(lián)藥物及納米藥物開發(fā)等領域具有重要應用潛力。然而，天然PALs資源稀缺，且異源表達產(chǎn)量低，限制了其進一步應用。
針對這一瓶頸，研究團隊系統(tǒng)挖掘了23種富含環(huán)肽資源的堇菜屬（Viola）植物，發(fā)現(xiàn)29種此前未報道的PALs，并通過“活性—表達量”雙目標熒光篩選體系，鑒定出來源于裂葉堇菜的高效、高表達連接酶VdiPAL1，突破了Viola來源PALs低表達瓶頸。同時，VdiPAL1及其同源酶在P2″位點可識別多種氨基酸，為聯(lián)合點擊化學實現(xiàn)納米脂質(zhì)體雙功能修飾提供了新的合成路線。在機制研究方面，團隊通過解析VdiPAL1高分辨率晶體結構（PDB: 9VSX，1.8 ?），并結合恒pH分子動力學模擬，揭示了活性中心預組織“近攻擊構象”對其高效催化及pH依賴性的關鍵作用。此外，團隊以VdiPAL1為模板，結合ProteinMPNN序列設計和Rosetta_ddG穩(wěn)定性預測，對低表達同源酶VyPAL2進行計算輔助改造，獲得表達量提升24倍的五位點突變體VyOpt1，建立了可遷移的PAL表達優(yōu)化策略。該研究展示了天然酶多樣性挖掘與計算輔助酶工程的結合在新型生物催化劑發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化中的重要價值，為多肽藥物開發(fā)及生物醫(yī)藥領域提供了新的催化工具和研究思路。
該研究成果于2026年4月27日以“Mining of natural diversity enables efficient and expressible peptide asparaginyl ligases”為題發(fā)表于Nature Communications上。中藥學院2023級博士研究生杜雯煜和2024級博士研究生齊是為論文第一作者，中藥學院何牟欣亞教授、中科院武漢植物園胡光萬研究員為共同通訊作者，中國藥科大學為第一通訊單位。該研究獲得國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、湖北江夏實驗室重點研發(fā)計劃等項目資助。
圖1研究框架圖
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-72367-y
（供稿單位：中藥學院，撰稿人：張熙晗，審稿人：劉帆）
