通过深度突变扫描高通量筛选酶适配性和可溶性平衡突变体

人们渴望获得稳定的蛋白，并了解与提高蛋白可溶性相关的基因序列信息。了解溶解度调节突变的分布可以使生物物理模型支持进化理论相结合的分子进化和群体遗传学。还有一些生物技术的应用：提高蛋白质的溶解度可以提高催化剂的转换数，提高生物酶制剂表达量，或提高治疗蛋白稳定性。对于酶来说，已知许多突变可以增加蛋白质溶解性但降低催化活性，这些竞争效应使得去设计和改造稳定、高活性酶必须要通过高通量筛选工作。

深度突变扫描TEM-1.1和LGK溶解性相关突变示意图

YSD通过荧光抗体标记，表达后通过FACS筛选；Tat Export通过蛋白C端与β-内酰胺酶融合进行高浓度抗生素平板筛

为解决酶适配性和溶解性之间的平衡，使用了两种不同的筛选方法去获得两种全长酶蛋白的溶解性。本文利用酵母表面展示（YSD）和双精氨酸转运（Tat
export）途径的筛选分析了TEM-1
β-内酰胺酶的变体和左旋葡聚糖T激酶（LGK）。从YSD扫描结果可以解释37%的变体比对全酶结构，5%到10%的单错义突变提高溶解性，这与理论预测相一致。对于一个给定的溶解性提高的突变，它将保留野生型适配性与进化上的保守性和距离活性位点的概率。混合分类模型预测可溶性增强的突变并保持野生型适应性的准确度有90%。使用这样的分类模型的缺点是排除了既提高适配性又提高溶解性的变体。

为揭示提高蛋白的溶解性和功能的生物物理原则，本文又确定了LGK突变体的晶体结构。本文在酶适配性和溶解性之间的平衡进行基础研究，同时这些研究结果具有潜在生物技术上的应用。

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