Post-translational insertion of boron in proteins to probe and modulate function.
Post-translational insertion of boron in proteins to probe and modulate function.
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DOI：
10.1038/s41589-021-00883-7
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发表时间：
2021-12
影响因子：
14.8
通讯作者：
Davis BG
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Mollner TA;Isenegger PG;Josephson B;Buchanan C;Lercher L;Oehlrich D;Hansen DF;Mohammed S;Baldwin AJ;Gouverneur V;Davis BG
硼在蛋白质中不存在，但却是一种微量营养素。它具有独特的结合，可以扩展生物功能，包括刘易斯酸性模式，不适用于典型的生命元素。在这里，我们表明，翻译后的Cβ-Bγ键的形成提供了温和的，直接的，位点选择性地进入蛋白质中最小尺寸的残基硼丙氨酸（Bal）。硼在复杂生物分子系统中的精确锚定允许通过Bal进行配价键介导的位点依赖性蛋白质刘易斯酸碱配对（LABP）。动态蛋白-LABP产生可调的分子间和分子内配体-宿主相互作用，而反应性蛋白-LABP通过迁移性硼-氧Cβ-Oγ共价键的形成揭示反应性可及位点。这些配价键合模式也可以产生从头功能，例如控制靶蛋白中的热稳定性和蛋白水解稳定性，或通过化学交换观察瞬时结构特征。这些结果表明，受控的硼插入有助于稳定性调节、结构确定、从头结合活性和氧化还原响应性“突变”。硼丙氨酸在蛋白质中的翻译后位点选择性形成使得硼能够应用于结合伴侣捕获、与活性氧相互作用的足迹、蛋白水解控制和瞬态结构的映射。
Boron is absent in proteins, yet is a micronutrient. It possesses unique bonding that could expand biological function including modes of Lewis acidity not available to typical elements of life. Here we show that post-translational Cβ–Bγ bond formation provides mild, direct, site-selective access to the minimally sized residue boronoalanine (Bal) in proteins. Precise anchoring of boron within complex biomolecular systems allows dative bond-mediated, site-dependent protein Lewis acid–base-pairing (LABP) by Bal. Dynamic protein-LABP creates tunable inter- and intramolecular ligand–host interactions, while reactive protein-LABP reveals reactively accessible sites through migratory boron-to-oxygen Cβ–Oγ covalent bond formation. These modes of dative bonding can also generate de novo function, such as control of thermo- and proteolytic stability in a target protein, or observation of transient structural features via chemical exchange. These results indicate that controlled insertion of boron facilitates stability modulation, structure determination, de novo binding activities and redox-responsive ‘mutation’. Post-translational site-selective formation of boronoalanine in proteins enables applications of boron for binding partner capture, footprinting of interactions with reactive oxygen species, proteolytic control and mapping of transient structures.
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