NatureCommunications2022年5月份最新

　　大家好，本期为大家带来的是Nature集团旗下的子刊NatureCommunications，专门发表生物学、物理学和化学等各领域的高质量研究论文，2020年的影响因子为14。91。
　　1hrCryoEMstructuresofhumanA2ML1elucidatetheproteaseinhibitorymechanismoftheA2Mfamily
　　人A2ML1的冷冻电镜结构阐明了A2M家族的蛋白酶抑制机制
　　A2ML1是一种单体蛋白酶抑制剂，属于蛋白酶抑制剂和补体因子的A2M超家族。该研究中，作者研究了人类A2ML1的蛋白酶抑制机制，并确定了其天然和蛋白酶切割构象的结构。A2ML1的功能抑制单元是一种单体，它依赖于蛋白酶的共价结合（由A2ML1的硫酯介导）来实现抑制。与将蛋白酶捕获在由四个亚基形成的两个内室中的A2M四聚体相比，在蛋白酶切割的单体A2ML1中，无序区域围绕捕获的蛋白酶并可能阻止底物进入。在天然A2ML1中，诱饵区域穿过疏水通道，这表明诱饵区域切割对这种排列的破坏会触发广泛的构象变化，从而导致蛋白酶抑制。与补体C3C4的结构比较表明，A2M蛋白质超家族具有这种机制，可触发蛋白水解激活后发生的构象变化。
　　2hrOriginsofglycanselectivityinstreptococcalSigleclikeadhesinssuggestmechanismsofreceptoradaptation
　　链球菌Siglec样粘附素中聚糖选择性的起源表明受体适应机制
　　细菌与宿主受体的结合是共生和发病机制的基础。许多链球菌使用Siglec样结合区（SLBR）粘附在细胞表面表达的蛋白质附着碳水化合物上。识别的精确聚糖库可能决定生物体是否是严格的共生体而不是病原体。然而，目前尚不清楚是什么驱动了受体选择性。该研究中，作者使用了五个具有代表性的SLBR，并确定了序列和结构高变的受体结合位点区域。结果表明，这些区域使用嵌合发生和单个氨基酸取代来控制首选碳水化合物配体的身份。作者进一步评估了首选配体的身份如何影响与人类唾液和血浆样品中糖蛋白受体的相互作用。由于点突变可以改变首选的人类受体，这些研究表明链球菌如何适应环境聚糖库的变化。
　　3hrComputationallydesignedhyperactiveCas9enzymes
　　计算设计的高活性Cas9酶
　　改变活细胞基因组的能力是了解基因如何影响生物体功能的关键，并且对于修改生命系统以达到有用的目的至关重要。然而，这一目标长期以来一直受到基因工程所涉及的技术挑战的限制。基因编辑的最新进展绕过了其中一些挑战，但结果并不理想。该研究中，作者使用FuncLib计算设计具有显着更高的不依赖于供体的编辑活性的Cas9酶。作者使用与酵母细胞存活相关的遗传回路来量化Cas9活性并发现工程区域之间的协同相互作用。这些过度活跃的Cas9变体在哺乳动物细胞中有效发挥作用，并将更大、更多样化的插入和缺失池引入目标基因组区域，为增强和扩展基于CRISPR的基因编辑的可能应用提供了工具。
　　4hrModular（de）constructionofcomplexbacterialphenotypesbyCRISPRnCas9assisted，multiplexcytidinebaseediting
　　通过CRISPRnCas9辅助、多重胞苷碱基编辑对复杂细菌表型进行
　　模块化（去）构建
　　CRISPRCas技术构成了基因组工程的强大工具，但它们在非传统细菌中的使用取决于宿主因素或外源重组酶，这限制了效率和通量。该研究中，作者通过为革兰氏阴性菌开发广泛适用的基因组工程工具集来减轻这些实际限制。该挑战通过定制CRISPR碱基编辑器来解决，该编辑器能够以90的效率实现单核苷酸分辨率操作（CGTA）。此外，将Cas6介导的guideRNAs处理整合到用于质粒组装的流线型协议中，支持多重碱基编辑，效率85。该工具集用于构建和解构土壤细菌恶臭假单胞菌中的复杂表型。芳香化合物生产表型的单步工程和复杂氧化还原代谢的多步解构说明了该工具箱提供的多重碱基编辑的多功能性。因此，这种方法克服了以前技术的典型局限性，并赋予了迄今为止遥不可及的革兰氏阴性细菌工程计划。
　　5hrImprovingrecombinantproteinproductionbyyeastthroughgenomescalemodelingusingproteomeconstraints
　　通过使用蛋白质组约束的基因组规模建模提高酵母的重组蛋白产量
　　真核细胞被用作细胞工厂来生产和分泌大量重组药物蛋白，包括目前最畅销的几种药物。由于分泌途径的重要作用和复杂性，传统上通过代谢工程改进重组蛋白生产相对临时。并且需要一种更系统的方法来产生新颖的设计原则。该研究中，作者提出了酵母酿酒酵母（pcSecYeast）的蛋白质组约束的基因组规模蛋白质分泌模型，这使得能够模拟和解释由有限的分泌能力引起的表型。作者进一步应用pcSecYeast模型来预测生产几种重组蛋白的过表达目标。通过实验验证了许多预测的淀粉酶生产目标，以证明pcSecYeast作为计算工具在指导酵母工程和改进重组蛋白生产方面的应用。
　　6hrAninvivogeneamplificationsystemforhighlevelexpressioninSaccharomycescerevisiae
　　一种在酿酒酵母中高水平表达的体内基因扩增系统
　　由于基因表达水平不足导致的代谢途径瓶颈仍然是使用微生物细胞工厂进行工业生物生产的一个重大问题。增加基因剂量可以克服这些瓶颈，但目前的方法存在许多缺点。该研究中，作者描述了HapAmp，一种使用单倍体不足作为进化力量来驱动体内基因扩增的方法。HapAmp可实现异源基因拷贝的高效、可滴定和稳定整合，将多达47个拷贝传递到酵母基因组中。该方法以代谢工程为例，可显着提高倍半萜橙花油、单萜柠檬烯和四萜番茄红素的产量。柠檬烯滴度在单个工程步骤中提高了20倍，在烧瓶培养中1gL1。作者还展示了酵母中异源蛋白质产量的显着增加。HapAmp是一种快速解锁代谢瓶颈的有效方法，用于微生物细胞工厂的发展。
　　7hrDiscoveryandcharacterizationofaterpenebiosyntheticpathwayfeaturinganorborneneformingDielsAlderase
　　发现和表征具有降冰片烯形成DielsAlderase的萜烯生物合成途径
　　周环酶，即催化周环反应的酶，形成了具有生物催化效用的不断扩大的酶家族。尽管发现了越来越多的周环酶，但令人惊讶的是，环戊二烯和烯烃亲二烯体之间的DielsAlder环化反应形成降冰片烯，这是合成化学中研究最好的环加成反应之一，迄今为止还没有相应的酶促反应。该研究中，作者报告了以降冰片烯合酶SdnG为特征的途径的发现，该途径用于生物合成sordaricin抗真菌天然产物sordarin的萜烯前体。sordaricin生物合成的完全重构揭示了Nature使用的一种简洁的氧化策略，用于将完全碳氢化合物前体转化为SdnG的高度功能化底物，用于分子内DielsAlder环加成。SdnG生成sordaricin的降冰片烯核心并加速该反应以抑制活化的亲双烯体的宿主介导的氧化还原修饰。这项工作的发现扩大了周环酶催化反应和P450介导的萜烯成熟的范围。
　　8hrRationallyengineeringsantalenesynthasetoreadjustthecomponentratioofsandalwoodoil
　　合理改造檀香合成酶调整檀香油成分比例
　　植物精油（PEO）广泛用于化妆品和保健品行业。PEO的成分比例决定了它们的质量。在PEO生物技术平台的建设中，控制组分比例是一项挑战。该研究中，作者通过多尺度模拟探索产物混杂和产物特异性檀香烯合酶（即SaSSy和SanSyn）的催化反应途径。SanSyn的F441被发现是限制中间体构象动力学的关键残基，因此一般碱基T298的直接去质子化主要产生檀香烯。随后对该塑料残基的诱变导致产生突变酶SanSynF441V，该酶可产生和檀香烯。通过代谢工程的努力，檀香萜檀香酚滴度达到704。2mgL，成分比与ISO3518：2002标准非常匹配。本研究代表了通过代谢和酶工程相结合构建具有理想组分比例的PEO生物技术平台的范例。