分享一篇发表在JACS上的文章，题目为Mixed Stereochemistry Macrocycle Acts as a Helix-Stabilizing Peptide N‑Cap。本文通讯作者为丹麦哥本哈根大学的Joseph Matthew Rogers副教授。Rogers课题组主要从事环肽抑制剂的开发。
蛋白-蛋白相互作用对于细胞生理活动至关重要。其中，蛋白的固有无序区域在与结构明确的蛋白发生互作时，能够折叠形成明确的二级结构，例如α螺旋。上述互作模式在病理过程中发挥着重要作用，因此，结合α螺旋的蛋白成为了潜在的药物靶点。多肽类药物被认为能够有效调控蛋白-蛋白相互作用。线性肽段能够很好地模拟天然的固有无序序列，但在游离状态下肽段保持无序结构，仅在与靶点结合时表现为确定的二级结构。上述特征带来“熵惩罚”效应，降低了多肽类药物的亲和力。目前，大环化策略是降低“熵惩罚”的主流方法。此前，Suga课题组发展了RaPID系统 (random nonstandard peptides integrated discovery)并将其广泛用于大环肽文库的构建与筛选。使用RaPID系统筛选得到的环肽主要为β折叠或卷曲结构，仅有少量环肽中含有1-2圈α螺旋。因此RaPID系统在发展α螺旋结构环肽抑制剂的潜力尚未得到深入探索。在本文中，作者选择了Mcl-1 (myeloid cell leukemia-1)作为靶蛋白。Mcl-1蛋白能够与无序的BH3结构域结合，并使其折叠为一个连续的α螺旋结构。此外，Mcl-1蛋白在凋亡过程中发挥重要的调节作用，因此是肿瘤治疗中重要的蛋白靶点。在本文所构建的RaPID文库中，第一个氨基酸为N-氯乙酰基-D-苯丙氨酸，随后是6-15个随机的氨基酸序列，最终是用于完成大环化的Cys残基。在7轮富集-扩增之后，作者发现富集得到的环肽序列具有以下三个特征：1）环肽序列偏好13个氨基酸的长度；2）第4位具有保守的Cys残基；3）环肽序列与天然BH3结构域有高度的同源性。作者将筛选得到的此类环肽称为套索肽（lariat peptides）。作者合成了RaPID结果中排名前2的两条环肽Heliat-1/2，同时合成了对应的线性肽段Linear-1/2以及Bid蛋白BH3结构域中的截短肽Bid14/26。结合SPR与荧光偏振实验，Heliat-1/2对Mcl-1蛋白的KD ~100 nM，比Linear-1/2低10-100倍，与Bid26大致相同。对Heliat-1/2进行突变体扫描，除了已被证明保守的BH3同源残基，其他位置，尤其是2、3位氨基酸并未表现出明显的偏好性。圆二色谱测量结果表明，未结合Mcl-1的Heliat-1/2分子比Linear-1/2表现出更明显的α螺旋结构。作者从Heliat-1/2中提取出最小套索特征，即1位是D-苯丙氨酸、4位是L-Cys，两者由乙酰基共价连接。将上述特征应用于Bid14上，改造后肽段具有更强的α螺旋倾向，并且表现出针对Mcl-1更高的亲和力。此外，最小套索特征也能使非BH3同源序列的肽段表现出显著提高的α螺旋倾向。研究人员后续使用NMR、分子动力学等一系列工具，进一步揭示了1位氨基酸中D构型与芳香侧链对α螺旋构象均有明显贡献。在套索肽中，大环表现出稳定的α螺旋结构，同时通过i和i+4残基之间的氢键相互作用，促进线性肽段也采取α螺旋结构。综上所述，本文基于RaPID系统，针对Mcl-1蛋白进行环肽抑制剂筛选，发现了一种促进α螺旋二级结构的最小套索特征。原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c05378文章引用：DOI：10.1021/jacs.4c05378
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