介绍一篇发表在Science上的文章“Protein editing using a coordinated transposition reaction”。本文通讯作者是来自普林斯顿大学的Tom W. Muir，课题组的主要研究方向是利用化学遗传学工具研究蛋白质功能。本文作者提出了一种创新性方法，可以在不需要复杂折叠步骤的情况下实现目标蛋白质内部区域的编辑替换。

蛋白质编辑技术在蛋白质功能研究、药物开发以及治疗疾病方面具有重要应用潜力，但利用基因工程的传统蛋白质编辑方法常常受到操作复杂、效率低下以及需要特定折叠步骤等因素的限制。蛋白质半合成方法（protein semi-synthesis）主要依赖于预先化学合成肽段，再将片段化学连接组装成完整蛋白质，可以根据需要实现对蛋白质特定位置的编辑。但这一方法通常需要额外的步骤来完成蛋白质的折叠和结构稳定性验证，耗时且成本较高，并且当处理结构折叠精度较高天然蛋白质或多亚基蛋白复合物时，体外折叠过程往往具有很高的难度。

为了解决上述问题，作者开发了一种通过协同转座反应进行蛋白质内部区域替换的新方法，实现蛋白质的化学组装和局部编辑。该方法是受启发于DNA的转座反应（transposition）而生的。转座反应作为一种基因编辑方法，本质是通过转座酶将外源序列插入到目标DNA指定区域中。而在本研究中，转座酶则对应于两组正交的分裂内肽（split intein）对，内含肽具有自我连接能力，可以在剪接动力学适当匹配时自发地特异性连接；宿主蛋白则对应于被编辑的DNA，利用内含肽间的化学反应，宿主蛋白中的特定区域被替换为外源分子片段，即可在不需要复杂折叠步骤的情况下，高效地将外源序列插入到蛋白质的特定位置，从而实现蛋白质编辑。

在实验中，作者首先通过模型肽段反应和质谱分析筛选并优化出了用于蛋白质编辑的两对分裂内含肽Cat和mut-Cfa，并以GFP和dCas9作为模型验证了蛋白质转座反应可在折叠的蛋白质上发生“无痕”编辑，在120分钟左右的时间内即可将绝大部分蛋白质底物转化为带有新插入tag序列的目标产物，且对蛋白质原有的性质（如荧光强度）没有影响。

最后，作者尝试将该反应体系投入于部分生物应用体系，例如以染色质重塑复合体 ACF为代表的多亚基蛋白质复合物的化学编辑。通过在SMARCA5亚基中引入转座装置，成功地在体外和细胞核内引入了不同的功能性化学修饰，以实现光交联等生化应用，证明了该方法在复杂生物体系中的可行性。

总的来说，本文开发了一种新的蛋白质编辑工具，利用协调的转座反应实现对蛋白质特定区域的高效替换。在蛋白质功能研究和药物开发等领域具有广阔的应用前景。

本文作者：FTY

责任编辑：MB

DOI：10.1126/science.adq8540

原文链接：https://doi.org/10.1126/science.adq8540