Connectase:一种以特定方式融合蛋白质的酶

马克斯·普朗克发育生物学研究所的博士后研究员Adrian Fuchs博士和他的研究团队发现了一种酶，它可以在特定的识别位点融合两种蛋白质。这种反应使蛋白质的工程具有新的特征，例如通过标记可检测的标记或通过操纵它们的相互作用行为。这种应用在学术研究和生物技术中都是有用的。

蛋白质是几乎所有在生物体中发生的生物过程的核心。然而，蛋白质不能永远持续下去;他们需要经常分解并更换。受控蛋白质的成交是所有活细胞的重要活动。该途径内的关键促进剂是蛋白质体，通过蛋白水解降低不需要的或受损蛋白质的大酶，其消除肽键的化学反应。

蛋白酶体几乎是普遍存在的。它们存在于所有真核生物(高等生物，如原生生物、真菌、植物和动物)和古细菌(经常在极端环境中发现的单细胞生物)中，也存在于一些细菌中。由于它们在生理上的巨大关联，马克斯·普朗克发育生物学研究所的阿德里安·富克斯博士和他的团队对更多地了解它们的功能和进化产生了兴趣。正是通过这项研究，他们发现了连接酶，一种具有迷人生物技术潜力的新蛋白质。

Connectase是如何被发现的?
Fuchs博士和他的团队正在进行一项生物信息分析(一种用于理解大而复杂的生物数据集的分析)，这时他们发现了一种蛋白质，它与蛋白酶体非常不同，但仍然有很大的关系:连接酶。奇怪的是，这种蛋白质只能在产甲烷的古细菌中找到。这些微生物从产生大量甲烷(一种温室气体)中获取能量，因此是影响地球气候的关键因素。

研究人员预期连接酶是一种多亚基蛋白酶，如蛋白酶体。然而，它们的结构分析表明，Catchase亚基不会组装成蛋白酶体型复合物，而是作为单一蛋白质链，所谓的单体存在。更令人惊讶的是，这些单体没有表现出任何蛋白水解活性。与蛋白酶体系列的其他成员不同，Connectase仅显示了连接酶活性。连接酶是一种酶，其可以通过形成新的化学键来催化两个大分子的连接。基本上意味着它将蛋白质连接在一起，而不是将它们分开。

研究人员能够表明连接酶特异性与甲基转移酶A相互作用，并能够结合和结合
修改它。

连接酶是如何起作用的?
在进一步的实验中，研究人员发现了甲基转移酶a（MtrA）中连接酶的一种生理底物。MtrA是古细菌产甲烷的关键酶。这一途径被认为是生物体内最古老的能量生成和碳固定过程之一，也是温室效应的重要贡献者。

研究人员能够证明连接酶与MtrA特异性地相互作用，并且能够结合和修饰MtrA。进一步的研究表明，这种相互作用只需要MtrA中的一个短序列，即连接酶识别基序。事实上，当这个识别基序被整合到其他各种不相关的蛋白质中时，连接酶与它们的相互作用就像与MtrA一样。研究小组惊讶地发现，在这两种情况下，连接酶不仅结合，而且还将这个序列切割成两个片段。

然而，无论研究人员如何改变反应条件，反应仍然是不完全的。这使他们得出结论，反应必须是可逆的。识别序列似乎在不断地被切割和重组。

为了证明这一理论，FUCHS和他的团队博士将识别序列融合给一个蛋白质的N-末端并达到另一种蛋白质的C末端。实际上，在加入Catchase后，将两种蛋白质融合在一起，识别序列桥接其N-和C-Termini。该实验表明，Catchase可用于Ligate任何两种承载识别序列的蛋白质。

这一发现的生物学意义是什么?
连接酶前所未有的活性让Fuchs博士和他的团队感到兴奋，因为它显示了蛋白酶体类蛋白质的多用途。这也帮助他们理解了不同反应之间的联系:蛋白酶体亚基是作为前体产生的，在它们降解蛋白质(“蛋白质水解”)或shuffle肽(“剪接”)之前必须被激活(“自溶”)。所有这些反应都是机械相关的，而连接酶反应是该反应方案的第四个、前所未有的变化，它为蛋白酶体的不同功能提供了新的线索。

结合酶的连接酶的统一性是如何影响甲烷的含量且谜。对于该过程，必须使得连接酶目标MTRA位于膜上，该脂质层封装细胞。连接键识别序列位于MTRA的功能核及其膜锚之间。因此，通过分离和重新连接两个MTRA片段，可以控制或改变甲烷的反应。

尽管这些令人兴奋的前景仍有待于进一步研究，但连接酶连接蛋白质的能力使其在各种生物技术应用中极具吸引力。

连接酶比其他酶有什么优势?
我们可以使用几种现有的方法来连接蛋白质，但它们都有不同的优点和局限性，因此在不同的环境下很有用。连接酶介导的连接并不像其他一些连接方法那样无痕迹。它们需要一个~20个氨基酸的识别序列，所以连接酶只能在这种序列的存在可以被容忍的情况下使用。然而，在这些情况下，连接酶提供了一个简单和高效的组合，很难与之匹敌。

与其他已建立的蛋白质连接酶相比，连接酶具有更高的特异性，这意味着它只连接具有识别序列的蛋白质。它不会“错误地”作用于其他蛋白质。因此，即使在非常稀和不纯的溶液中，它也具有很高的活性。当使用其他蛋白质连接酶时，副反应是一个主要问题，而连接酶使用不同的反应机制来防止这种非预期的功能。

连接酶也很容易处理:反应不需要冗长的优化程序，复杂的设置，特殊的设备或定义的缓冲系统。底物可以重组产生，但也适于化学合成。这使得Connectase成为开发新方法的有价值的工具。

连接酶的独特特性使其在各种生物技术应用中具有很高的吸引力。

连接酶能有什么生物技术应用?
连接酶最明显的用途是将不同类型的蛋白质融合在一起，创造出全新的蛋白质。这可能会产生传统方法难以产生的杂交蛋白质，比如新的抗体结合多种结合位点。

连接酶也可以用来控制蛋白质的位置。例如，蛋白质可以以几何定义的方式附着在细胞表面、微珠上、病毒样粒子上或低温电子显微镜表面。

最后，连接酶可以把化学合成的分子引入蛋白质。在药理学中，这在制造抗体-药物结合物时很有用，这种结合物可以用来将药物特异性地带到癌细胞上。或者，蛋白质可以用荧光团标记。这样就可以在细胞内或细胞表面检测到它们。它还有助于在sds -凝胶、微孔板和亲和度测量中检测蛋白质。

结论
总之，连接酶代表了一个迷人的科学发现。从纯理论的角度来看，研究其独特的特性和与其他蛋白酶体结构的区别是很有趣的。尽管如此，最令人兴奋的是连接酶的独特特性在未来一系列生物技术应用中的潜力。