XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

На сегодняшний день известно около 400 неканонических или непротеиногенных аминокислот. Наиболее широко известны из них селеноцистеин, пирролизин, селенометионин, азетидин-2-карбоновая кислота, β-метиламин-аланин (ВМАА).

Селеноцистеин (Sec) похож по структуре на цистеин, только вместо серы у данной аминокислоты селен. Селеноцистеин может использоваться организмом как антиоксидант, а также в качестве регулятора активности гормонов щитовидной железы [4]. Азетидин-2-карбоновая кислота (Aze) является структурным аналогом пролина и может замещать его. Aze имеет способность включаться в состав миелинового белка, вызывая тем самым нейродегенеративные расстройства. β-метиламин-аланин (ВМАА) также способен вызывать боковой амиотрофический склероз, болезнь Паркинсона, деменцию в совокупности. Данная аминокислота может заменять в белках серин и аланин, что приводит к их неправильному сворачиванию.

Неканонические аминокислоты нашли применение в современных генных технологиях. Способность изменять структуру белка путем направленного мутагенеза теперь стали типичным феноменом. Эти методы обеспечивают специфическое, высокоточное взаимопревращение в основном между 20 природными протеиногенными аминокислотами. Тем не менее существует необходимость включения других аминокислот, как природных, так и не встречающихся в природе, которые недоступны при использовании стандартных систем сайт-направленного мутагенеза и экспрессии.

За последнее десятилетие было разработано множество химических технологий, позволяющих осуществлять посттрансляционную модификацию белков в зависимости от сайта. Традиционно ковалентная химическая модификация белка осуществлялась путем присоединения синтетических групп к нуклеофильным аминокислотам на поверхности белка. Эти химические реакции, однако, редко бывают достаточно избирательными, чтобы выделить один остаток в буквальном море химической функциональности. Одним из решений этой проблемы является введение в целевой белок уникальной химической ручки. В процессе изучения практического использования, эта ручка может быть новой пептидной последовательностью, она образует «метку», которая избирательно и необратимо модифицируется ферментами. Кроме того, если ферменты могут переносить аналоги субстрата, становится возможным создание химически модифицированных белков сайт-специфическим образом [1].

Белок-полимерные конъюгаты представляют интерес для исследователей самых разных областей. Присоединение полимеров к белкам приводит к улучшению фармакокинетики, что важно в медицине. С инженерной точки зрения можно заметить, что конъюгаты проявляют свойства как биомолекул, так и синтетических полимеров. Это позволяет ученым изменять или настраивать активность белка, прикрепляться к поверхностям и осуществлять надмолекулярную самосборку. Таким образом, существует большой интерес к прямым синтетическим методам получения белково-полимерных конъюгатов. Методы контролируемой радикальной полимеризации (CRP) стали отличной стратегией для получения конъюгатов, поскольку полученные полимеры имеют узкое молекулярно-массовое распределение, целевую молекулярную массу и прикрепляются к определенным участкам белков. Ковалентная и не ковалентная конъюгация белков с наночастицами обеспечивает доступ к функциональным гибридным системам с приложениями в биотехнологии, медицине и катализе. Для создания эффективных конъюгатов, исследователям нужно сохранить структуру и функции белка, что является сложной задачей [2].

Возможность включения нестандартных аминокислот в белки в настоящее время твердо установлена, и значение этой технологии начинает проявляться. Тем не менее остаются существенные методологические проблемы в отношении как «аппаратного обеспечения», так и «программного обеспечения» синтеза белка. Задачи, связанные с аппаратным обеспечением, включают проектирование и разработку новых аминоацил-тРНК-синтетаз и пар синтетаза/тРНК [6].

Исследования показали перспективы инженерии белков, содержащих неканонические аминокислоты, значительно улучшились за последние несколько лет. Разработка аппарата трансляции, особенно аминоацил-тРНК и родственных им синтетаз, позволила ввести удивительно разнообразный набор новых химических функций в природные и искусственные белки.

Список использованной литературы:

Wei Gao, Eunhee Cho, Yingying Liu, Yuan Lu. (2019). Advances and Challenges in Cell-Free Incorporation of Unnatural Amino Acids Into Proteins. Front. Pharmacol.. 10;

Tanja Narancic, Sarah A. Almahboub, Kevin E. O’Connor. (2019). Unnatural amino acids: production and biotechnological potential. World J Microbiol Biotechnol. 35

Selenium. (2019). National Institutes of Health;

Ulrich Schweizer, Noelia Fradejas-Villar. (2016). Why 21? The significance of selenoproteins for human health revealed by inborn errors of metabolism. The FASEB Journal. 30, 3669-3681;

Marco Mariotti, Gustavo Salinas, Toni Gabaldón, Vadim N. Gladyshev. (2019). Utilization of selenocysteine in early-branching fungal phyla. Nat Microbiol. 4, 759-765;

Методы редактирования генов и геномов : [монография] / [Аббат А. В., Александрушкина Н. А., Андреева Е. Д. и др.] ; ответственные редакторы: С. М. Закиян [и др.] ; Российская академия наук, Сибирское отделение, Федеральный исследовательский центр, Институт цитологии и генетики [и др.]. - Новосибирск : Издательство Сибирского отделения Российской академии наук, 2020. - 542 с