文章核心观点 - 西湖大学与复旦大学团队在《Science》发表研究，提出一种全新的计算方法，用于从头设计由小分子配体（如金刚烷胺）调控的蛋白质寡聚体（包括同源三聚体、异源二聚体和异源三聚体），并展示了其在精确控制蛋白质定位、无膜凝聚物形成及基因表达等方面的广泛应用潜力，为生物技术和细胞治疗领域开辟了新工具途径 [2][3][10] 技术背景与现有挑战 - 小分子调控的蛋白质寡聚化技术是一种通过配体调控蛋白质空间邻近性以控制生物过程的强大手段，但相关技术发展超过30年，系统数量仍有限 [5] - 现有系统几乎完全局限于化学诱导二聚化（CID），限制了其在调控需要多个蛋白质组件组装的过程中的应用 [5] - 现有系统面临正交性有限（可能与内源性通路交叉反应）及诱导剂药代动力学特性不佳等挑战，阻碍了转化应用 [5] - 当前在细胞工程和治疗开发领域，对更多样化的小分子响应性蛋白质寡聚体的需求日益增长 [5] 研究方法与设计突破 - 研究开发了一种名为“结合时对接”的计算方法，能在对接过程中同时优化蛋白质-蛋白质和蛋白质-配体相互作用，从而在蛋白质-蛋白质界面直接从头创建配体结合口袋 [6] - 该方法突破了二聚化限制，从单体蛋白质基础构件出发，设计配体响应型寡聚体 [6] - 研究聚焦于具有三轴对称性的FDA批准药物金刚烷胺，利用其明确的药代动力学和已验证的安全性，设计出金刚烷胺调控的蛋白质同源三聚体 [6] - 成功设计了结合单个金刚烷胺的同源三聚体（mAIT，响应性较弱）和结合两个金刚烷胺分子的同源三聚体（dAIT，响应性显著增强） [6] - 对称结构固有的扩展性使其能直接适配不对称架构，为构建具有多种构型的金刚烷胺响应蛋白工具包奠定基础 [6] 研究成果与功能验证 - 成功创建了金刚烷胺调控的同源三聚体、异源二聚体（dAID）和异源三聚体 [2][10] - 生物物理学表征证实了这些蛋白质寡聚体具有金刚烷胺依赖的组装特性，其晶体结构与设计模型高度吻合 [2] - 利用同源三聚体的可诱导性和多价性，开发了单组分三聚化依赖的转录激活系统和可逆蛋白质凝聚系统 [7] - 优化后的dAID系统实现了蛋白质定位和基因表达的精确时空控制 [7] - 利用金刚烷胺的口服生物利用度优势，通过口服给药在小鼠体内实现了非侵入性、剂量依赖的基因表达控制 [7] 技术优势与应用前景 - 该计算设计方法能够设计具有高精度和可调响应性的小分子调控蛋白质寡聚体 [10] - 系统的蛋白质组分尺寸紧凑，约65个氨基酸 [10] - 采用FDA批准的口服小分子药物金刚烷胺作为诱导剂，特别适用于转化应用 [10] - 该研究为操控复杂生物过程拓展了化学遗传学工具包，在生物技术和人类细胞治疗领域具有广泛应用前景 [3][10]