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体外核糖体对非标准环状骨架的扩展合成。

Expanded ribosomal synthesis of non-standard cyclic backbones in vitro.

作者信息

Lee Kanghun, Park Hyeongwoo, Devarapalli Ravi Kumar, Im Dahye, Seo Jongcheol, Lee Joongoo

机构信息

Division of Interdisciplinary Bioscience and Bioengineering (I-Bio), Pohang University of Science and Technology (POSTECH), Pohang, 37673, Republic of Korea.

Department of Chemical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), Pohang, 37673, Republic of Korea.

出版信息

Nat Commun. 2025 May 28;16(1):4957. doi: 10.1038/s41467-025-60126-4.

DOI:10.1038/s41467-025-60126-4
PMID:40436849
Abstract

The ribosome polymerizes L-α-amino acids into polypeptides, catalyzing peptide bond formation through aminolysis. This process is facilitated by entropy trapping within its peptidyl transferase center (PTC). In this research, we harness this capability to synthesize polymers containing cyclic motifs in the backbone. We design 26 non-canonical monomers (ncMs) with two distinct substrates: dicarboxylic esters and hydrazinoesters, each containing bifunctional moieties that undergo ring-closing reactions through multiple aminolysis reactions. Using a cell-free system that enables the consecutive incorporation of these ncMs into a growing peptide, we discover that the ribosome can produce 5- and 6-membered cyclic backbones, which have never been reported. We also demonstrate that the formation of such cyclic backbones within the ribosome is tunable by altering the substituents of dicarboxylic esters. This discovery expands the range of non-standard backbones that can be synthesized by the ribosome and motivates future research towards expanding ribosome-mediated chemistries for biopolymer synthesis.

摘要

核糖体通过氨解催化肽键形成,将L-α-氨基酸聚合成多肽。该过程通过其肽基转移酶中心(PTC)内的熵捕获而得以促进。在本研究中,我们利用这一能力来合成主链中含有环状基序的聚合物。我们设计了26种具有两种不同底物的非规范单体(ncM):二羧酸酯和肼基酯,每种都含有通过多个氨解反应进行闭环反应的双功能部分。使用能够将这些ncM连续掺入生长肽中的无细胞系统,我们发现核糖体可以产生从未有过报道的5元和6元环状主链。我们还证明,通过改变二羧酸酯的取代基,可以调节核糖体中此类环状主链的形成。这一发现扩展了核糖体能够合成的非标准主链的范围,并推动了未来关于扩展核糖体介导的生物聚合物合成化学的研究。

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