图 假激酶催化通过“夹层式底物辅助”机制催化肽分子环化
在国家自然科学基金项目（批准号：22193070、32030002、22537007）等资助下，上海交通大学/中国科学院上海有机化学研究所刘文、中国科学院上海有机化学研究所潘李峰、薛小松和西安交通大学马鹏琛科研团队，在假激酶（pseudokinase）功能研究领域取得进展。其研究发现细菌中的假激酶能够直接催化肽分子环化，形成硫醚交联结构，揭示了假激酶作为活性酶在天然产物生物合成中的新角色。相关成果以题为“Pseudokinases can catalyse peptide cyclization through thioether crosslinking”的论文于2025年10月发表于《自然・化学》（Nature Chemistry）上。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41557-025-01954-1。
蛋白激酶样超家族（protein kinase-like, PKL）是细胞内最庞大的酶类家族之一，其典型功能是利用三磷酸腺苷（ATP）催化蛋白质磷酸化修饰，从而调控信号转导与代谢途径。长期以来，其中约一半成员由于缺乏保守的催化残基而被归类为“假激酶”，被认为不具备催化活性，仅承担结构支撑或调控功能。尽管近年来已有个别研究发现假激酶具备非典型的催化活性，包括AMP 化（Cell 2018, 175, 809–821）、谷氨酰化（Science 2019, 364, 787–792）及 RNA 修饰（Nature 2022, 609, 793–800），但这些反应均依赖高能磷酸键，其涉及化学反应极为有限。因此，假激酶是否能催化完全不同类型的化学反应一直是酶学研究中悬而未决的重要问题之一。
该研究聚焦两类核糖体合成并翻译后修饰的天然产物（RiPPs）：硫酰胺肽（thioamitides）和羊毛硫肽（lanthipeptides），通过生化实验、结构解析、计算模拟和基因组挖掘等手段，揭示了假激酶 TvaE 和 SacE 在多肽环化反应中的关键作用。其中，TvaE 在硫酰胺肽生物合成中催化迈克尔加成反应，促使末端半胱氨酸与脱水氨基酸偶联，形成具有生物活性的不饱和硫醚键；该反应不依赖 ATP，而由底物肽链自身的化学特性协助。晶体结构与理论计算进一步揭示了TvaE 通过与底物结合，补全其激酶折叠，形成独特的“夹层式底物辅助”的催化机制。与此同时，SacE 在羊毛硫肽合成中以类似方式催化饱和硫醚键的形成，显示出假激酶环化催化功能在自然界中的普遍性。本研究不仅拓展了假激酶的功能边界，显示了蛋白激酶超家族在进化中的功能重塑潜力，也为合成复杂环状肽类天然产物提供了新的生物学工具。