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A Compact Reprogrammed Genetic Code for De Novo Discovery of Proteolytically Stable Thiopeptides

化学 药物发现 天然产物 遗传密码 氨基酸 激酶 计算生物学 共晶 立体化学 生物化学 分子 生物 氢键 有机化学
作者
Alexander A. Vinogradov,Yue Zhang,Keisuke Hamada,Shunsuke Kobayashi,Kazuhiro Ogata,Toru Sengoku,Yuki Goto,Hiroaki Suga
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (12): 8058-8070 被引量:2
标识
DOI:10.1021/jacs.3c12037
摘要

Thiopeptides make up a group of structurally complex peptidic natural products holding promise in bioengineering applications. The previously established thiopeptide/mRNA display platform enables de novo discovery of natural product-like thiopeptides with designed bioactivities. However, in contrast to natural thiopeptides, the discovered structures are composed predominantly of proteinogenic amino acids, which results in low metabolic stability in many cases. Here, we redevelop the platform and demonstrate that the utilization of compact reprogrammed genetic codes in mRNA display libraries can lead to the discovery of thiopeptides predominantly composed of nonproteinogenic structural elements. We demonstrate the feasibility of our designs by conducting affinity selections against Traf2- and NCK-interacting kinase (TNIK). The experiment identified a series of thiopeptides with high affinity to the target protein (the best KD = 2.1 nM) and kinase inhibitory activity (the best IC50 = 0.15 μM). The discovered compounds, which bore as many as 15 nonproteinogenic amino acids in an 18-residue macrocycle, demonstrated high metabolic stability in human serum with a half-life of up to 99 h. An X-ray cocrystal structure of TNIK in complex with a discovered thiopeptide revealed how nonproteinogenic building blocks facilitate the target engagement and orchestrate the folding of the thiopeptide into a noncanonical conformation. Altogether, the established platform takes a step toward the discovery of thiopeptides with high metabolic stability for early drug discovery applications.

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