J. Am. Chem. Soc. | 三甲基赖氨酸阅读器通过不同机制与阳离子和中性配体广泛结合

分享一篇发表在JACS上的文章“Trimethyllysine Reader Proteins Exhibit Widespread ChargeAgnostic Binding via Different Mechanisms to Cationic and Neutral Ligands”，通讯作者是来自北卡罗来纳大学教堂山分校的Marcey L. Waters教授。她的研究方向是生物分子的识别机制和分子设计。

甲基赖氨酸(Kme)的阅读器蛋白(reader)以序列选择性方式与组蛋白上的这一关键翻译后修饰结合，从而决定基因表达。迄今为止已表征了大约200个人类组蛋白Kme阅读器，所有的三甲基赖氨酸(Kme3)阅读器都通过保守的芳香笼与四级铵阳离子结合。近40年来的研究也反复证明，芳香笼优先结合阳离子配体而不是中性配体，强调了阳离子-π相互作用的重要性。该相互作用包括色散力和去溶剂化效应，以及阳离子与芳环之间的偶极相互作用。然而，最近有一些例子对芳香笼的阳离子结合偏好性提出了挑战，本文作者希望探究三甲基赖氨酸阅读器蛋白结合阳离子和中性配体的分子机制。

首先，作者使用生物素修饰的H3多肽，针对包含约200种阅读器蛋白的微阵列进行了筛选。每个多肽在K4或K9位置含有Kme3或叔丁基正亮氨酸tBuNle，tBuNle为Kme3的中性模拟物。结果显示，许多reader蛋白可与两者都结合，表明reader蛋白具有更广泛的中性配体结合能力。ITC分析表明，尽管具有保守的芳香笼结构，但肿瘤靶点蛋白UHRF1 TTD对tBuNle具有7倍的偏好性。

由于tBuNle无法与reader形成阳离子-π相互作用，为了解释tBuNle结合的驱动力，作者尝试使用遗传密码子扩展技术调节芳香笼残基的静电势，以衡量静电相互作用对结合的贡献信息。结果显示，静电势强弱对Kme3的结合影响趋于线性，但tBuNle的结合与静电无关，表明疏水相互作用和熵是促进tBuNle结合的主要因素。

随后，作者进行了相互作用的理论计算、口袋序列信息分析等，发现没有任何单一结构特征可以预测tBuNle的结合偏好。作者认为，是众多相互作用的微小差异之和决定了不同reader的选择性范围。这表明芳香笼与中性配体的结合机制非常复杂，有待进一步研究。

总的来说，本文作者通过微阵列筛选和定量生物物理学研究，发现组蛋白三甲基赖氨酸阅读器蛋白存在广泛的中性配体结合，并证明两类配体的结合机制存在差异，这为靶向芳香笼的选择性抑制剂开发提供了全新的框架。

本文作者：WFZ

责任编辑：FTY

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c10031

文章引用：DOI: 10.1021/jacs.3c10031