多伦多大学 在软骨素酶ABC的这种表达中，点突变用红球表示
这种重组形式的酶比野生型更稳定、更活跃，可用于帮助逆转由脊髓损伤或中风引起的神经损伤
信用:Hettiaratchi，O'Meara等人
, 2020
DOI: 10
1126/sciadv
abc6378本作品根据加拿大国家标准委员会许可 多伦多工程大学和密歇根大学的一组研究人员重新设计并增强了一种天然酶，这种酶显示出促进损伤后神经组织再生的潜力
他们的新版本比自然界中的蛋白质更稳定，并可能导致新的治疗方法来逆转由创伤性损伤或中风引起的神经损伤
“中风是加拿大残疾的主要原因，也是第三大死亡原因，”多伦多大学工程学教授莫利·肖希特说，他是发表在《科学进步》杂志上的一项新研究的资深作者
“这种神经损伤后愈合的主要挑战之一是形成胶质瘢痕
" 胶质疤痕是由细胞和生化物质紧密结合在受损神经周围形成的
从短期来看，这种保护性环境保护神经细胞免受进一步损伤，但从长期来看，它会抑制神经修复
大约20年前，科学家发现一种被称为软骨素酶ABC的天然酶——由一种叫做普通变形杆菌的细菌产生——可以选择性地降解组成胶质疤痕的一些生物分子
通过改变受损神经周围的环境，软骨素酶ABC已被证明能促进神经细胞的再生
在动物模型中，它甚至可以恢复一些失去的功能
但是，在研究人员想使用软骨素酶ABC的地方，它并不十分稳定，这一事实限制了进展
“对于细菌生活的环境来说，它足够稳定，但在体内，它非常脆弱，”肖希特说
“它聚集或聚集在一起，导致它失去活性
这在体温下比在室温下发生得更快
硫酸软骨素酶ABC也很难递送，因为它易受配方中通常使用的化学降解和剪切力的影响
" 各种团队，包括肖希特的团队，已经试验了克服这种不稳定性的技术
有些人试图将酶包裹在生物相容的聚合物中，或者将其附着在纳米颗粒上，以防止其聚集
其他人则尝试慢慢地、逐渐地将其注入受损组织，以确保损伤部位的浓度一致
但是所有这些方法都只是治标不治本——它们没有解决不稳定的根本问题
在他们的最新论文中，肖希特和她的合作者尝试了一种新的方法:他们改变了酶的生化结构，以创造一个更稳定的版本
肖希特说:“像任何蛋白质一样，软骨素酶ABC是由称为氨基酸的组成部分组成的。”
“我们使用计算化学来预测将一些构件换成其他构件的效果，目的是在保持或提高酶活性的同时提高整体稳定性
" 密歇根大学计算医学和生物信息学教授马修·欧米拉是这篇新论文的主要作者之一，她说:“这个想法可能有点疯狂，因为就像自然界一样，一个简单的坏突变就能破坏结构。”
“形成这种酶的链上有1000多个链节，每个链节有20个氨基酸可供选择，”他说
“选择太多，无法全部模拟
" 为了缩小搜索空间，研究小组应用了计算机算法来模拟在真实生物中发现的氨基酸替换类型
这种方法——被称为共识设计——产生了自然界中不存在的酶的突变形式，但似乎与那些存在的相似
最终，研究小组找到了这种酶的三种新的候选形式，并在实验室进行了生产和测试
这三种都比野生型更稳定，但只有一种更稳定、更活跃，它在链上的1000多个链节中有37个氨基酸取代
“野生型软骨素酶ABC在24小时内失去了大部分活性，而我们重新设计的酶在7天内保持活性，”该论文的另一位主要作者玛丽安·赫蒂阿拉奇说
赫蒂阿拉奇曾是肖希特实验室的博士后研究员，现在是俄勒冈大学菲尔和佩妮·奈特加速科学影响校区的生物工程学教授
“这是一个巨大的差异
我们改进的酶有望比其他研究小组常用的版本更有效地降解胶质瘢痕，”海蒂阿拉奇说
下一步将是在以前使用野生型的相同种类的实验中使用这种酶
“当我们开始这个项目时，有人建议我们不要尝试，因为这就像大海捞针一样，”肖希特说
“在找到这种针后，我们正在研究中风和脊髓损伤模型中的这种酶，以更好地了解它作为单独或与其他策略结合的治疗手段的潜力
" 肖希特指出，该项目的多学科性质是其成功的关键
“我们能够利用作者互补的专业知识来实现这个项目，我们对如此成功感到震惊和欣喜，”她说
“这远远超出了我们的预期
"
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