来鲁华教授课题组在蛋白质功能设计领域取得重要进展

北京大学理论生物学中心/化学与分子工程学院来鲁华教授领导的课题组在功能蛋白质设计方面取得可喜进展，其研究成果发表于3月27日出版的《美国科学院院刊》上（Liu  S,  Liu  SY,  Zhu  XL,  Liang  HH,  Cao  AN,  Chang  ZJ  and  Lai  LH*.  Nonnatural  protein-protein  interaction-pair  design  by  key  residues  grafting.  PNAS,104:5330-5335,2007）。论文发表后引起了学界关注，BioCentury就此成果发表了专访。该论文的第一作者刘森同学是理论生物学中心2002年正式招收的第一批跨学科的研究生。

蛋白质在生命活动中占有非常重要的地位，几乎所有的生命活动都需要蛋白质的参与。生命现象纷繁复杂，所涉及到的蛋白质功能各异。在履行生命功能的过程中，蛋白质不断地与其它分子（如蛋白质，核酸，小分子等）发生相互作用。就如同现实生活中，我们看到的钥匙有各种各样的形状，但是只要它们的关键部分“齿纹”一样，就能够有同样的功能，打开同一把锁。相互作用的两个蛋白质，就有如“锁”和“钥匙”的关系。来鲁华教授课题组的研究目的，就是将一个蛋白质行使功能的关键“齿纹”（氨基酸残基），复制（“嫁接”）到另一个结构完全不同的蛋白质上，使它具有开同一把“锁”的功能（和同一个蛋白质结合）。

蛋白质和蛋白质结合时，往往存在少数几个非常关键的残基，对结合起到主要作用。基于这种情况，来鲁华教授课题组发展了一种“蛋白质关键残基嫁接”的算法，用于将一个蛋白质的关键功能性残基嫁接到另一个不同结构的蛋白质上，并将这种方法应用到了实际体系的研究中，取得了成功。促红细胞生成素（EPO）通过和它的受体（EPOR）相互作用，促进红细胞的分化和成熟。将EPO上的关键功能性残基嫁接到一个结构完全不同的PH结构域蛋白上后，PH蛋白具有了和EPOR结合的功能，而这种功能在自然界中是不存在的。这种方法将有可能应用在更为广泛的例子上，实现蛋白质功能的自由设计。