Science：發(fā)現(xiàn)自然界最大的蛋白質(zhì)？

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作者：MayerRC 來(lái)源：生物制藥小編

2024-08-15

肌肉蛋白肌聯(lián)蛋白一直以來(lái)被認(rèn)為是自然界最大的蛋白質(zhì)，由超過(guò)34，000個(gè)氨基酸組成，重達(dá)370萬(wàn)道爾頓，但最近一篇發(fā)表于Science上的文章認(rèn)為，最大蛋白質(zhì)的王座可能要易位。

Science上的文章：Giant polyketide synthase enzymes in the biosynthesisof giant marine polyether toxins

該研究團(tuán)隊(duì)在一種名叫金藻（Prymnesium parvum）的藻類(lèi)中發(fā)現(xiàn)了一組新的毒素制造酶，其中一種被命名為 PKZILLA-1 的酶在氨基酸數(shù)量上遠(yuǎn)超肌聯(lián)蛋白 1 萬(wàn)多個(gè)。研究認(rèn)為金藻可能會(huì)利用這種超巨大酶來(lái)制造毒素蛋白質(zhì)，并將其分泌到水中，對(duì)魚(yú)類(lèi)和人類(lèi)健康都構(gòu)成威脅。

金藻

金藻是有害的附著鞭毛藻類(lèi)，會(huì)引發(fā)大規(guī)模的環(huán)境性魚(yú)類(lèi)死亡，是有害的赤潮藻類(lèi)大量繁殖的常見(jiàn)原因之一。它們會(huì)產(chǎn)生一類(lèi)聚酮聚醚毒素——prymnesins。2022年，位于歐洲中心區(qū)域（波蘭和德國(guó)）的奧得河出現(xiàn)了赤潮事件，prymnesins毒素就被認(rèn)為可能造成了360噸魚(yú)類(lèi)死亡。

prymnesins是自然界中最大的非聚合物化合物之一，且其生物合成起源四十多年來(lái)一直是個(gè)謎。

金藻赤潮的出現(xiàn)地，以及prymnesin的巨大結(jié)構(gòu)

圖：金藻赤潮的出現(xiàn)地，以及prymnesin的巨大結(jié)構(gòu)

不過(guò)選擇金藻作為研究對(duì)象也是無(wú)奈之舉，因?yàn)閷?dǎo)致赤潮的另外一類(lèi)主要藻類(lèi)Dinoflagellates的基因組相比更大更復(fù)雜，金藻的基因組就相對(duì)簡(jiǎn)單。

研究歷程

想要找到聚酮聚醚毒素，那就要在金藻的基因組中尋找到聚酮化合物合成(PKS)基因。

研究人員首先對(duì)金藻的基因進(jìn)行了測(cè)序，但是傳統(tǒng)的測(cè)序并沒(méi)能找到合適的PKS基因，這說(shuō)明PKS基因可能并沒(méi)有他們開(kāi)始想象得那么小，這是這些基因規(guī)避了檢測(cè)的原因。

因此他們尋求新的生物合成邏輯模型來(lái)發(fā)現(xiàn)基因。

早先確實(shí)有自動(dòng)化方法在基因組內(nèi)識(shí)別基因，但是這種做法對(duì)于金藻來(lái)說(shuō)可能容易出錯(cuò)，為了確保沒(méi)有遺漏任何東西，研究人員通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)手動(dòng)運(yùn)行這種潛在的PKS基因片段，他們最終撞上了好運(yùn)。

研究人員先后發(fā)現(xiàn)了PKZILLA-1和PKZILLA-2兩組基因，這兩組基因的片段分散在整個(gè)序列數(shù)據(jù)中，研究人員先后花費(fèi)了大量的時(shí)間在組裝基因上。

PKZILLA-1和PKZILLA-2兩組基因的片段

這類(lèi)基因表達(dá)的蛋白質(zhì)實(shí)際上是一種酶，PKZILLA-1和PKZILLA-2分別編碼了重達(dá)470萬(wàn)和320萬(wàn)道爾頓的巨型酶，這些蛋白質(zhì)分別具有140個(gè)和99個(gè)酶域。它們預(yù)測(cè)的聚烯產(chǎn)物與prymnesins的擬前體prymnesin相吻合，最終需要通過(guò)239個(gè)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生prymnesins。

接下來(lái)就是驗(yàn)證PKZILLA-1和PKZILLA-2能否在活的細(xì)胞中轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)。

研究人員采用了冷凍干燥的藻類(lèi)，并用酶將它們所有的蛋白質(zhì)切碎成碎片。對(duì)這些片段進(jìn)行測(cè)序顯示，至少75%的PKZILLA-1和76%的PKZILLA-2實(shí)際上被轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)。

雖然這種方法還是不能讓研究人員確認(rèn)PKZILLAs是否作為單一的大塊蛋白質(zhì)存在，但研究人員相信它們存在。當(dāng)然研究人員也承認(rèn)理論上PKZILLA產(chǎn)生的蛋白質(zhì)仍然是不完整的，還需要其他酶去完成整個(gè)合成途徑的。

雖然只是一個(gè)存在理論中的蛋白，他們認(rèn)為這一研究有可能為其他通過(guò)PKS基因產(chǎn)生毒素的藻類(lèi)提供見(jiàn)解，尤其是新毒素的尋找和藻類(lèi)的防控。

這個(gè)倒是有先例，之前的艾立布林就是從日本海綿中分離出來(lái)的一類(lèi)活性成分，當(dāng)時(shí)就發(fā)現(xiàn)艾立布林的合成路線相當(dāng)復(fù)雜，此次提供的合成路線或許能夠?yàn)樾禄衔锏陌l(fā)現(xiàn)提供一些思路。

參考來(lái)源：

Timothy R. Fallon et al.,Giant polyketide synthase enzymes in the biosynthesis of giant marine polyether toxins.Science385,671-678(2024).DOI:10.1126/science.ado3290

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