De novo design of bioactive protein switches

蛋白质设计 变构调节 合成生物学 蛋白质工程 功能(生物学) 螺旋线圈 酵母 化学 计算生物学 细胞生物学 蛋白质结构 生物物理学 生物 生物化学 受体
作者
Robert A. Langan,Scott E. Boyken,Andrew H. Ng,Jennifer A. Samson,Galen Dods,Alexandra Westbrook,Taylor H. Nguyen,Marc J. Lajoie,Zibo Chen,Stephanie Berger,Vikram Khipple Mulligan,John E. Dueber,Walter R. P. Novak,Hana El-Samad,David Baker
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:572 (7768): 205-210 被引量:189
标识
DOI:10.1038/s41586-019-1432-8
摘要

Allosteric regulation of protein function is widespread in biology, but is challenging for de novo protein design as it requires the explicit design of multiple states with comparable free energies. Here we explore the possibility of designing switchable protein systems de novo, through the modulation of competing inter- and intramolecular interactions. We design a static, five-helix 'cage' with a single interface that can interact either intramolecularly with a terminal 'latch' helix or intermolecularly with a peptide 'key'. Encoded on the latch are functional motifs for binding, degradation or nuclear export that function only when the key displaces the latch from the cage. We describe orthogonal cage-key systems that function in vitro, in yeast and in mammalian cells with up to 40-fold activation of function by key. The ability to design switchable protein functions that are controlled by induced conformational change is a milestone for de novo protein design, and opens up new avenues for synthetic biology and cell engineering.
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