Asparaginyl Ligases: New Enzymes for the Protein Engineer's Toolbox.
enzymes
ligases
protein engineering
protein modifications
Journal
Chembiochem : a European journal of chemical biology
ISSN: 1439-7633
Titre abrégé: Chembiochem
Pays: Germany
ID NLM: 100937360
Informations de publication
Date de publication:
15 06 2021
15 06 2021
Historique:
revised:
08
03
2021
received:
16
02
2021
pubmed:
10
3
2021
medline:
29
12
2021
entrez:
9
3
2021
Statut:
ppublish
Résumé
Enzyme-catalysed site-specific protein modifications enable the precision manufacture of conjugates for the study of protein function and/or for therapeutic or diagnostic applications. Asparaginyl ligases are a class of highly efficient transpeptidases with the capacity to modify proteins bearing only a tripeptide recognition motif. Herein, we review the types of protein modification that are accessible using these enzymes, including N- and C-terminal protein labelling, head-to-tail cyclisation, and protein-protein conjugation. We describe the progress that has been made to engineer highly efficient ligases as well as efforts to chemically manipulate the enzyme reaction to favour product formation. These enzymes are powerful additions to the protein engineer's toolbox.
Identifiants
pubmed: 33687132
doi: 10.1002/cbic.202100071
doi:
Substances chimiques
Cysteine Endopeptidases
EC 3.4.22.-
asparaginylendopeptidase
EC 3.4.22.34
Types de publication
Journal Article
Research Support, Non-U.S. Gov't
Review
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
2079-2086Subventions
Organisme : Australian Research Council (ARC)
ID : FL150100146
Organisme : Ames Research Center NASA
ID : DP200101299
Pays : United States
Organisme : Australian Research Council Centre of Excellence for Innovations in Peptide and Protein Science
ID : CE200100012
Informations de copyright
© 2021 Wiley-VCH GmbH.
Références
O. Boutureira, G. J. Bernardes, Chem. Rev. 2015, 115, 2174-2195.
M. L. James, S. S. Gambhir, Physiol. Rev. 2012, 92, 897-965.
P. Khongorzul, C. J. Ling, F. U. Khan, A. U. Ihsan, J. Zhang, Mol. Cancer Res. 2020, 18, 3-19.
J. K. Dozier, M. D. Distefano, Int. J. Mol. Sci. 2015, 16, 25831-25864.
J. N. deGruyter, L. R. Malins, P. S. Baran, Biochemistry 2017, 56, 3863-3873;
D. Schumacher, C. P. Hackenberger, Curr. Opin. Chem. Biol. 2014, 22, 62-69.
P. Strop, K. Delaria, D. Foletti, J. M. Witt, A. Hasa-Moreno, K. Poulsen, M. G. Casas, M. Dorywalska, S. Farias, A. Pios, V. Lui, R. Dushin, D. Zhou, T. Navaratnam, T. T. Tran, J. Sutton, K. C. Lindquist, B. Han, S. H. Liu, D. L. Shelton, J. Pons, A. Rajpal, Nat. Biotechnol. 2015, 33, 694-696.
M. Rashidian, J. K. Dozier, M. D. Distefano, Bioconjugate Chem. 2013, 24, 1277-1294.
Y. Zhang, K. Y. Park, K. F. Suazo, M. D. Distefano, Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 9106-9136.
G. K. Nguyen, S. Wang, Y. Qiu, X. Hemu, Y. Lian, J. P. Tam, Nat. Chem. Biol. 2014, 10, 732-738.
A. M. James, J. Haywood, J. S. Mylne, New Phytol. 2018, 218, 923-928.
K. S. Harris, T. Durek, Q. Kaas, A. G. Poth, E. K. Gilding, B. F. Conlan, I. Saska, N. L. Daly, N. L. Van der Weerden, D. J. Craik, M. A. Anderson, Nat. Commun. 2015, 6, 10199;
F. B. H. Rehm, M. A. Jackson, E. De Geyter, K. Yap, E. K. Gilding, T. Durek, D. J. Craik, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2019, 116, 7831-7836.
X. Hemu, A. El Sahili, S. Hu, K. Wong, Y. Chen, Y. H. Wong, X. Zhang, A. Serra, B. C. Goh, D. A. Darwis, M. W. Chen, S. K. Sze, C. F. Liu, J. Lescar, J. P. Tam, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2019, 116, 11737-11746.
A. M. James, J. Haywood, J. Leroux, K. Ignasiak, A. G. Elliott, J. W. Schmidberger, M. F. Fisher, S. G. Nonis, R. Fenske, C. S. Bond, J. S. Mylne, Plant J. 2019, 98, 988-999.
J. Du, K. Yap, L. Y. Chan, F. B. H. Rehm, F. Y. Looi, A. G. Poth, E. K. Gilding, Q. Kaas, T. Durek, D. J. Craik, Nat. Commun. 2020, 11, 1575;
F. B. Zauner, B. Elsasser, E. Dall, C. Cabrele, H. Brandstetter, J. Biol. Chem. 2018, 293, 8934-8946;
E. Dall, F. B. Zauner, W. T. Soh, F. Demir, S. O. Dahms, C. Cabrele, P. F. Huesgen, H. Brandstetter, J. Biol. Chem. 2020, 295, 13047-13064.
E. Dall, J. C. Fegg, P. Briza, H. Brandstetter, Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 2917-2921;
Angew. Chem. 2015, 127, 2959-2964.
J. Haywood, J. W. Schmidberger, A. M. James, S. G. Nonis, K. V. Sukhoverkov, M. Elias, C. S. Bond, J. S. Mylne, eLife 2018, 7, e32955.
M. A. Jackson, L. T. T. Nguyen, E. K. Gilding, T. Durek, D. J. Craik, Biotechnol. Adv. 2020, 45, 107651.
R. Yang, Y. H. Wong, G. K. T. Nguyen, J. P. Tam, J. Lescar, B. Wu, J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 5351-5358.
M. A. Jackson, E. K. Gilding, T. Shafee, K. S. Harris, Q. Kaas, S. Poon, K. Yap, H. Jia, R. Guarino, L. Y. Chan, T. Durek, M. A. Anderson, D. J. Craik, Nat. Commun. 2018, 9, 2411.
X. Hemu, A. El Sahili, S. D. Hu, X. H. Zhang, A. Serra, B. C. Goh, D. A. Darwis, M. W. Chen, S. K. Sze, C. F. Liu, J. Lescar, J. P. Tam, ACS Catal. 2020, 10, 8825-8834.
N. Pi, M. Gao, X. Cheng, H. Liu, Z. Kuang, Z. Yang, J. Yang, B. Zhang, Y. Chen, S. Liu, Y. Huang, Z. Su, Biochemistry 2019, 58, 3005-3015.
T. M. S. Tang, D. Cardella, A. J. Lander, X. Li, J. S. Escudero, Y. H. Tsai, L. Y. P. Luk, Chem. Sci. 2020, 11, 5881-5888.
X. Hemu, J. To, X. Zhang, J. P. Tam, J. Org. Chem. 2020, 85, 1504-1512.
T. J. Harmand, D. Bousbaine, A. Chan, X. Zhang, D. R. Liu, J. P. Tam, H. L. Ploegh, Bioconjugate Chem. 2018, 29, 3245-3249.
F. B. H. Rehm, T. J. Harmand, K. Yap, T. Durek, D. J. Craik, H. L. Ploegh, J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 17388-17393.
X. Hemu, X. Zhang, X. Bi, C. F. Liu, J. P. Tam, Methods Mol. Biol. 2019, 2012, 83-109.
X. Bi, J. Yin, G. K. T. Nguyen, C. Rao, N. B. A. Halim, X. Hemu, J. P. Tam, C. F. Liu, Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 7822-7825;
Angew. Chem. 2017, 129, 7930-7933;
X. Bi, J. Yin, D. Zhang, X. Zhang, S. Balamkundu, J. Lescar, P. C. Dedon, J. P. Tam, C. F. Liu, Anal. Chem. 2020, 92, 12460-12466.
J. M. Antos, M. W. Popp, R. Ernst, G. L. Chew, E. Spooner, H. L. Ploegh, J. Biol. Chem. 2009, 284, 16028-16036.
G. K. Nguyen, A. Kam, S. Loo, A. E. Jansson, L. X. Pan, J. P. Tam, J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 15398-15401.
K. H. Ngo, R. Yang, P. Das, G. K. T. Nguyen, K. W. Lim, J. P. Tam, B. Wu, A. T. Phan, Chem. Commun. 2020, 56, 1082-1084;
K. Yap, J. Q. Du, F. Y. Looi, S. R. Tang, S. J. de Veer, A. R. Bony, F. B. H. Rehm, J. Xie, L. Y. Chan, C. K. Wang, D. J. Adams, L. H. L. Lua, T. Durek, D. J. Craik, Green Chem. 2020, 22, 5002-5016;
X. Hemu, Y. Qiu, G. K. Nguyen, J. P. Tam, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 6968-6971.
M. D. Witte, J. J. Cragnolini, S. K. Dougan, N. C. Yoder, M. W. Popp, H. L. Ploegh, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2012, 109, 11993-11998.
M. D. Witte, C. S. Theile, T. Wu, C. P. Guimaraes, A. E. Blom, H. L. Ploegh, Nat. Protoc. 2013, 8, 1808-1819.
Y. J. Yang, A. L. Holmberg, B. D. Olsen, Annu. Rev. Chem. Biomol. Eng. 2017, 8, 549-575;
T. Hoffmann, L. Dougan, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 4781-4796.
H. Dietz, M. Bertz, M. Schlierf, F. Berkemeier, T. Bornschlogl, J. P. Junker, M. Rief, Nat. Protoc. 2006, 1, 80-84;
C. Albayrak, J. R. Swartz, ACS Synth. Biol. 2014, 3, 353-362.
Y. Deng, T. Wu, M. Wang, S. Shi, G. Yuan, X. Li, H. Chong, B. Wu, P. Zheng, Nat. Commun. 2019, 10, 2775.
H. P. Liu, D. T. Ta, M. A. Nash, Small Methods 2018, 2, 39-45.
G. K. Nguyen, Y. Cao, W. Wang, C. F. Liu, J. P. Tam, Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 15694-15698;
Angew. Chem. 2015, 127, 15920-15924.
F. B. H. Rehm, T. J. Tyler, K. Yap, T. Durek, D. J. Craik, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 60, 4004-4008.