Design and Selection of Heterodimerizing Helical Hairpins for Synthetic Biology.
Design and Selection of Heterodimerizing Helical Hairpins for Synthetic Biology.
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DOI：
10.1021/acssynbio.3c00231
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发表时间：
2023-06-16
影响因子：
4.7
通讯作者：
Savery, Nigel J. J.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Smith, Abigail J. J.;Naudin, Elise A. A.;Edgell, Caitlin L. L.;Baker, Emily G. G.;Mylemans, Bram;FitzPatrick, Laura;Herman, Andrew;Rice, Helen M. M.;Andrews, David M. M.;Tigue, Natalie;Woolfson, Derek N. N.;Savery, Nigel J. J.
关键词：
合成生物学的应用将受益于降低复杂性的蛋白质模块，这些模块的功能与细胞组件垂直。由于许多亚细胞过程依赖于多肽-蛋白质或蛋白质-蛋白质相互作用，从头设计的多肽可以可控地将其他蛋白质聚集在一起，这一点特别有用。由于建立了序列与结构的关系，螺旋束为此类设计提供了良好的起点。然而，通常情况下，这种设计是在体外进行测试的，并不能保证在细胞中发挥功能。在这里，我们描述了新的螺旋发夹的设计、表征和应用，这种发夹可以在细胞内异源二聚形成4-螺旋束。从设计合理的同源二聚体出发，我们构建了一个螺旋发夹文库，并利用双分子荧光互补技术在大肠杆菌中鉴定了互补对。我们用生物物理和X射线结晶学表征了其中一些对，以确认异二聚体4-螺旋束。最后，我们演示了样本对在大肠杆菌和哺乳动物细胞中调节转录的功能。
Synthetic biology applications would benefit from protein modules of reduced complexity that function orthogonally to cellular components. As many subcellular processes depend on peptide–protein or protein–protein interactions, de novo designed polypeptides that can bring together other proteins controllably are particularly useful. Thanks to established sequence-to-structure relationships, helical bundles provide good starting points for such designs. Typically, however, such designs are tested in vitro and function in cells is not guaranteed. Here, we describe the design, characterization, and application of de novo helical hairpins that heterodimerize to form 4-helix bundles in cells. Starting from a rationally designed homodimer, we construct a library of helical hairpins and identify complementary pairs using bimolecular fluorescence complementation in E. coli. We characterize some of the pairs using biophysics and X-ray crystallography to confirm heterodimeric 4-helix bundles. Finally, we demonstrate the function of an exemplar pair in regulating transcription in both E. coli and mammalian cells.
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