N端乙酰化和肉豆蔻?；堑鞍字凶畛Ｒ姷姆g后修飾之一，它們參與了蛋白的相互作用和亞細胞定位。為了闡明這些翻譯后修飾的重要性，需要比較分析修飾蛋白和未修飾蛋白。但是，在使用大腸桿菌等活細胞制備蛋白的常規(guī)方法中，受細胞中固有的修飾酶影響，難以控制和制備未修飾蛋白和修飾蛋白。

在本研究中，使用僅由參與蛋白合成的因子組成的PURE system（產(chǎn)品名稱：PUREfrex^®），探討制備N端修飾目標蛋白的方法，并以wan全可控的狀態(tài)成功合成了乙?；蛉舛罐Ⅴ；牡鞍?。

◆由未甲?；某跏嫉鞍彼岷铣傻鞍?/span>

在使用常規(guī)PURE system的蛋白合成中，與大腸桿菌內(nèi)的翻譯反應相同，由甲?；牡鞍彼徇M行翻譯。但是，如果初始蛋氨酸的氨基被甲?；?，則不會發(fā)生N端修飾。因此，使用不含甲?；w（10-Formyl-tetrahydrofolate10-CHO-THF）的PURE system進行蛋白合成。結果表明，盡管不使用10-CHO-THF后合成效率有所降低，但仍成功合成了目標蛋白。

◆NatB的N端乙?；?/strong>

酵母NatB是一種由yNaa20和yNaa25組成的異源二聚體酶，它能將乙酰CoA的乙?；D移至未甲酰化的初始蛋氨酸的氨基上。在不含10-CHO-THF的PURE system中加入目標蛋白、yNaa20及yNaa25的模板DNA和乙酰CoA進行反應。通過質譜分析合成的目標蛋白的N端肽，確認添加NatB DNA后被乙?；?/span>

◆NatA的N端乙?；?/strong>

酵母NatA是一種由yNaa10和yNaa15組成的異源二聚體酶，它將乙酰CoA的乙?；D移至methionine aminopeptidase（MAP）切割初始蛋氨酸時暴露的第二個氨基酸的氨基上。因此，使用NatA進行乙?；瘯r，必須通過MAP去除N端的初始蛋氨酸。由于MAP會切割未甲?；某跏嫉鞍彼?，因在不含10-CHO-THF的PURE system中添加目標蛋白、yNaa10、yNaa15的模板DNA、純化MAP和乙酰CoA進行反應。通過質譜分析合成目標蛋白的N端肽，確認添加NatA DNA后被乙?；?/span>

◆NMT的N端肉豆蔻?；?/strong>

NMT是一種可將MAP切割初始蛋氨酸后暴露出的第二個甘氨酸的氨基進行肉豆蔻?；拿?。由于底物肉豆蔻酰 CoA會抑制蛋白合成反應，因此需先在不含10-CHO-THF的PURE system中分別合成目標蛋白和NMT。然后，將分別合成的目標蛋白、NMT及肉豆蔻酰CoA混合，進行肉豆蔻?；磻Ｍㄟ^質譜分析合成目標蛋白的N端肽，確認添加NMT后被肉豆蔻酰化。

此外，在脂質體中進行上述的肉豆蔻?；磻獣r，可觀察到肉豆蔻?；牡鞍自谥|體膜的定位狀態(tài)。

● 實驗步驟概述（A）

● 去除初始蛋氨酸的GFP通過hNMT1（Δ80）在脂質體內(nèi)被肉豆蔻?；€可觀察到其向脂質體膜遷移（B）

● 根據(jù)3、6、9、12和24 h的反應時間繪制GFP膜定位的比率（C）

● 未添加肉豆蔻酰-CoA（D）或hNMT1（Δ80）基因（E）時，無法觀察到GFP的膜定位

◆總結

該項研究結果表明，通過使用PURE system，可在wan全可控下制備N端修飾蛋白，還可以確認翻譯后修飾的合成蛋白在脂質體膜上的定位。此外，PURE system還能合成修飾酶，無需純化即可用于修飾反應。該方法也適用于其他修飾酶，可以簡便地進行各種翻譯后修飾反應的分析和應用。

該項研究是GeneFrontier、東京工業(yè)大學和海洋研究開發(fā)機構（JAMSTEC）的共同研究。論文發(fā)表在ACS Synthetic Biology，可通過以下鏈接免費下載：
pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.3c00191

“Regulated N-Terminal Modification of Proteins Synthesized Using a Reconstituted Cell-Free Protein Synthesis System”
ACS Synthetic Biology (2023) 12, 1935-1942

相關產(chǎn)品：

PUREfrex^® 無細胞蛋白合成試劑盒：http://labchem.fujifilm-wako.com.cn/product/show/1610.html