拜罗伊特大学和布里斯托尔大学开发的一种新型肽非常适合于将活性物质和染料等分子靶向转运到哺乳动物细胞中。这种拥有属性具有双重功能: 它可以从外部进入细胞，并在细胞内与一种伙伴肽相互作用。配偶肽必须事先放置在细胞内，准确地在运输分子发挥作用的地方。发表在《自然化学生物学》杂志上的转运系统展示了肽和蛋白质从头设计的潜力。

近年来，生物医学和药理学已经开发了大量的活性物质，能够触发，增强或抑制哺乳动物细胞的过程。然而，在许多情况下，将这些物质准确地运输到需要它们的地方仍然是一个挑战。为了研究或诊断的目的，给细胞内的某些结构标上颜色也是类似的情况。哺乳动物细胞确实具有通过内吞作用吸收外来物质的能力。但是这绝不能保证运输到预期的行动地点。拜罗伊特生物化学教授 Birte Höcker 博士和她的研究小组正在探索的一种新的研究方法是肽的合理设计。这些细胞应该能够从外部渗透到细胞内部，并带走附着的活性物质或染料分子。适用于这一目的的肽相当小，因为它们通常包含少于30个氨基酸。

然而，到目前为止，问题一直是这种肽-正是因为它们的简单性和小尺寸-没有提供许多可能的应用。这是因为在细胞内部的不同结构中只有少数几个区域可以停靠和传递它们运输的分子。这个缺点已经被拜罗伊特和布里斯托尔开发的肽克服了。它是一种精氨酸含量高的碱性肽，具有两种必需的功能成分。一个允许肽进入细胞内部，另一个能够与酸性伴侣肽相互作用。这种伴侣肽是这样的，它可以放置在非常不同的位置内的细胞使用建立的生物化学方法。一旦蛋白质、较大的分子复合物或细胞器被伴侣肽标记，它们就可以被进入细胞的碱性肽靶向。就像锁里的钥匙一样，碱性肽会附着在酸性肽上。酸性伴侣肽的靶向放置是通过将其与分子偶联，然后通过转染将其引入细胞的 DNA 中来实现的。

英德研究小组利用计算机辅助蛋白质设计的方法设计了这两种先前未知的新肽。这项工作的基础是在结构数据库中描述的具有螺旋结构的肽。然后在实验室里合成在计算机上设计的肽。在这里，生物物理学方法和 X光散射技术被用来鉴定肽的真实性质和行为。用大肠杆菌和真核细胞进行的实验表明，这种新的肽系统甚至适用于运输其他肽和蛋白质。

“Our investigations exemplify how the computational design of peptides and proteins, their subsequent synthesis and characterization in the laboratory, as well as testing in living cells can intertwine when innovative solutions for biochemical or biomedical questions are being sought."

Prof. Dr. Birte Höcker, head of the Protein Design Group at the University of Bayreuth and corresponding author of the new study

蛋白质设计研究小组的博士后古托 · 里斯博士(Dr Guto Rhys)补充说: “新的肽系统清楚地表明，从头设计是一种很有前途的研究方法，可以使药物或染料分子以一种有针对性和温和的方式被引入哺乳动物细胞。”里斯博士是三位首批作者之一。

Rhys, G.G., et al. (2022) De novo designed peptides for cellular delivery and subcellular localisation. Nature Chemical Biology. doi.org/10.1038/s41589-022-01076-6.

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