Biosynthesis and Genetic Incorporation of 3,4-Dihydroxy-L-Phenylalanine into Proteins in Escherichia coli.
Biosynthesis and Genetic Incorporation of 3,4-Dihydroxy-L-Phenylalanine into Proteins in Escherichia coli.
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DOI：
10.1016/j.jmb.2021.167412
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发表时间：
2022-04-30
影响因子：
5.6
通讯作者：
Xiao, Han
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chen, Yuda;Loredo, Axel;Chung, Anna;Zhang, Mengxi;Liu, Rui;Xiao, Han
关键词：
虽然大多数生物体使用20种标准氨基酸进行蛋白质合成，但创造能够使用非标准氨基酸（ncAAs）作为额外蛋白质构建模块的细胞，对于制备新型药物以及研究生物系统中的复杂问题具有巨大的前景。然而，到目前为止，只有少数非标准氨基酸的生物合成途径被报道，这极大地限制了我们产生具有非标准氨基酸构建模块的细胞的能力。在这项研究中，我们报道了一种完全自主的细菌的创建，这种细菌利用3,4 - 二羟基 - L - 苯丙氨酸（DOPA）作为其第21种氨基酸构建模块。与标准氨基酸一样，DOPA无需外源添加即可生物合成，并且能够以位点特异性的方式被基因整合到蛋白质中。同样重要的是，这些自主细胞产生含DOPA蛋白质的产量高于外源添加9 mM DOPA的细胞。DOPA独特的儿茶酚部分可通过氧化偶联或应变促进的氧化控制环辛炔 - 1,2 - 醌（SPOCQ）环加成反应，作为位点特异性蛋白质功能化的通用手段。我们进一步展示了这些自主细胞在制备荧光团标记的抗人表皮生长因子2（HER2）抗体以检测癌细胞上HER2表达方面的应用。
While 20 canonical amino acids are used by most organisms for protein synthesis, the creation of cells that can use noncanonical amino acids (ncAAs) as additional protein building blocks holds great promise for preparing novel medicines and for studying complex questions in biological systems. However, only a small number of biosynthetic pathways for ncAAs have been reported to date, greatly restricting our ability to generate cells with ncAA building blocks. In this study, we report the creation of a completely autonomous bacterium that utilizes 3,4-dihydroxy-L-phenylalanine (DOPA) as its 21st amino acid building block. Like canonical amino acids, DOPA can be biosynthesized without exogenous addition and can be genetically incorporated into proteins in a site-specific manner. Equally important, the protein production yield of DOPA-containing proteins from these autonomous cells is greater than that of cells exogenously fed with 9 mM DOPA. The unique catechol moiety of DOPA can be used as a versatile handle for site-specific protein functionalizations via either oxidative coupling or strain-promoted oxidation-controlled cyclooctyne-1,2-quinone (SPOCQ) cycloaddition reactions. We further demonstrate the use of these autonomous cells in preparing fluorophore-labeled anti-human epidermal growth factor 2 (HER2) antibodies for the detection of HER2 expression on cancer cells.
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