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为解决套索肽（Lasso peptides）化学合成时难以形成所需套索结构的问题，研究人员开展了通过序列优化、化学修饰等增强前套索构象稳定性的研究。结果表明多种策略有效，这为合成套索肽奠定基础。
在生命科学的微观世界里，套索肽是一类极为独特的天然产物。它们就像精心编织的分子 “套索”，拥有特殊的穿线结构，这赋予了它们超强的稳定性，能够抵御热和蛋白酶的降解。凭借这些出色的特性，套索肽在生物技术和制药领域有着巨大的潜力，就像隐藏在分子宝库中的宝藏，等待着科学家们去挖掘和利用。
然而，目前挖掘这份宝藏的道路却充满了阻碍。在尝试通过化学合成制备套索肽时，总是事与愿违，得到的往往是没有穿线结构的支链环异构体，而非人们梦寐以求的套索结构。这是因为在化学介导环化之前，要让短的穿线基序折叠起来，面临着巨大的熵挑战，就如同让杂乱的线团在特定条件下自动整齐缠绕成特定形状一样困难。
为了攻克这一难题，来自国外的研究人员踏上了探索之旅。他们开展了一项旨在深入理解并增强前套索构象（pre-lasso conformations，套索肽形成的关键前体）相对稳定性的研究。研究人员通过序列优化、化学修饰以及引入二硫键等多种方法，试图找到让套索肽成功折叠的 “密码” 。
研究的意义重大，它为后续进一步设计合成套索肽支架奠定了坚实的基础，就像为打开分子宝藏的大门找到了一把关键的钥匙，有望推动生物技术和制药领域的重大发展。该研究成果发表在《Biophysical Journal》上。
研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。首先是 Rosetta，这是一套用于大分子建模的算法（包括蛋白质结构预测、设计和对接等功能），研究人员利用 RosettaScripts 对 II 类套索肽进行局部最小化和序列设计。此外，还使用了固定骨架设计方法，对 17 种 II 类套索肽进行序列探索；通过增强采样结合回火元动力学（well-tempered metadynamics）来确认设计序列的前套索稳定性 。
下面来看具体的研究结果：
- 序列设计：研究人员利用 Rosetta 对 17 种 II 类套索肽进行固定骨架设计，以此探究一级序列对前套索基序的稳定作用。由于天然套索肽在序列长度、环、环柄、尾部大小以及二级结构等方面存在差异，比较不同套索肽就显得尤为重要。通过这种方式，确定了几种 II 类套索肽的最佳序列。
- 前套索稳定性：利用回火元动力学进行增强采样后发现，源自 rubrivinodin 和 microcin J25（MccJ25）套索结构的设计序列，相较于竞争的非穿线构象，在前套索稳定性方面有显著提升。这表明优化序列能够有效增强前套索构象的稳定性。
- 化学修饰的作用：对 MccJ25 中形成异肽键的残基进行化学修饰后，进一步提高了前套索形成的概率，突出了非规范氨基酸残基在稳定前套索构象中的有益作用，说明化学修饰可以成为稳定前套索构象的有效手段。
- 二硫键的影响：出乎意料的是，引入二硫键交联会降低前套索稳定性。虽然交联会限制肽结构，减少未折叠相空间的熵优势，但它阻碍了 N 末端围绕尾部的必要包裹，从而影响前套索构象的形成。不过，将化学修饰与二硫键交联相结合，却能进一步稳定前套索构象，这意味着环修饰可以抵消交联带来的限制，两者协同发挥作用。
综合研究结论，该研究探索出了稳定从头合成套索肽折叠的有效设计策略。研究人员聚焦于前套索中间体（形成互锁环状基序的关键）的相对稳定性，测试了优化一级序列、引入非规范氨基酸残基稳定预环形成以及交联肽以减少未折叠和非穿线集合的熵优势等方法的影响。结果表明，多种策略的结合能够有效稳定前套索构象，为合成套索肽开辟了新的道路。
此次研究为套索肽的合成提供了重要的理论依据和实践指导。在未来的研究中，科学家们可以基于这些发现，进一步优化设计策略，实现套索肽的高效合成，从而推动其在生物技术和制药领域的广泛应用，有望为人类健康和生物科学发展带来新的突破。
