近来，美国食品药品监督管理局（FDA）血液学部门的研究员Chava Kimchi-Sarfaty团队于Protein & Cell 发表了题为 “Therapeutic implications of synonymous gene recoding: insights into mechanisms controlling protein biogenesis and activity ” 的研究论文。本研究探讨同义基因重编码（密码子优化与密码子对优化）对ADAMTS13蛋白的影响。通过比较野生型与优化变体，旨在阐明蛋白质生物发生的细胞机制，并评估其治疗应用的潜力。
研究的主要发现包括：
1. 蛋白质表达与稳定性：与WT相比，CO和CPO变体在翻译动力学和溶解度方面表现出差异。CO的细胞外表达较高，但在细胞内稳定性较差；而CPO的细胞外表达较低，但稳定性与WT相似。
2. 酶活性及底物结合：CO变体表现出改变的酶动力学特性，具有更高的Vmax和Km值，表明与WT和CPO相比，其对VWF的亲和力较低。而CPO则与WT具有相似的结合亲和力和动力学特性。
3. 蛋白质结构与折叠：圆二色性（CD）分析预测了相似的二级结构组成，但揭示了折叠动力学的差异，暗示了蛋白质稳定性的潜在差异。
4. 细胞生物能学与内质网应激：与WT相比，表达CO和CPO的细胞显示出更高的ATP产生和最大耗氧率。CO变体诱导了更高的内质网应激，这通过内质网应激标志物BiP和磷酸化-eIF2α水平的增加得到证实。
5. 免疫原性与糖基化：重编码的ADAMTS13变体呈现出不同的MHC-II肽，并引发了不同的CD4+ T细胞增殖反应。糖基化谱也存在差异，与WT相比，CO和CPO变体显示出更复杂的糖链和改变的糖基化位点。
本研究强调了同义基因重编码对蛋白质特性的多方面影响，包括表达、稳定性、结构、功能、免疫原性和细胞生物能学。尽管重编码策略可以增强蛋白质表达，但它们也可能引入不希望的变化，影响蛋白质的安全性和有效性。这些发现强调了在宿主细胞特性的背景下对重编码转基因进行全面评估的重要性，以优化蛋白质治疗剂的设计并减轻与基因重编码相关的潜在风险。
图示：通过密码子（CO）和密码子对（CPO）优化策略进行的同义基因重编码影响了ADAMTS13的表达、结构、稳定性、细胞生物能学、翻译后修饰（PMTs）和免疫原性。因此，需要对重编码的转基因进行仔细评估，因为这可能会揭示出不希望的蛋白质特性。
本研究探讨了同义基因重编码，特别是密码子优化（CO）和密码子对优化（CPO），对人类ADAMTS13蛋白特性的影响。通过比较野生型（WT）ADAMTS13与CO和CPO变体，研究人员旨在阐明这些重编码蛋白质生物发生的细胞机制及其对治疗应用的潜在影响。
Chava Kimchi-Sarfaty 美国食品药品监督管理局 研究员
研究方向：基因突变对蛋白质功能的影响
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