刘文团队Nature Communications发文揭示分子伴侣样蛋白调控核糖体肽生物合成的新机制

核糖体合成与翻译后修饰肽（RiPPs）是一类结构多样的天然产物，长期以来主要依靠基因组挖掘策略来发现新成员，相关方法已涵盖前体肽同源性比对、质谱辅助的肽基因组学等多种思路^[1,2]。其中graspetides依靠ATP-grasp酶催化氨基酸侧链形成大环酯键或酰胺键，前期工作已系统解析了多种graspetide合酶的催化化学及其对底物的显著宽容性^[3,4]。然而以往研究主要集中于ATP-grasp酶本身如何识别前体肽并完成修饰，对基因簇中其他辅助蛋白是否以及如何参与底物递送和催化调控认识有限。与此同时，细菌分子伴侣Trigger factor和SurA能借助特定结构域结合多肽底物，而TIGR04500家族蛋白虽与之在结构上有相似之处，其生物学功能却长期未被阐明。

刘文团队以graspetide生物合成中的ATP-grasp酶为切入点，结合序列分析、基因组邻域共现分析与AlphaFold3蛋白相互作用预测，系统挖掘潜在的新型graspetide基因簇，由此发现一类此前功能未知的TIGR04500家族蛋白与ATP-grasp酶存在显著的基因组共现关系，并可形成稳定的蛋白复合物。他们进一步选取来源于Rhodococcus sp. RD6.2的rrd基因簇开展体内外生化研究，该簇编码前体肽RrdA、ATP-grasp酶RrdB、TIGR04500家族蛋白RrdC和含蛋白酶结构域的转运蛋白RrdD。单独表达RrdB或RrdC都无法催化前体肽有效修饰，二者共表达时才发生两次ATP依赖的脱水反应形成两个酯键；借助RrdD切除前导序列后获得成熟产物，被命名为rhodococidin，其结构由Ser7–Asp23与Ser8–Asp21两对酯键连接成独特的双环发夹骨架，并经高分辨质谱与一维、二维核磁共振得到确定。

机制层面，研究显示RrdC由N端UN结构域、中央多螺旋CMH结构域和C端类肽基脯氨酰顺反异构酶（PPIase）结构域三部分组成：UN结构域负责与RrdB互作以促进活性复合物形成，CMH结构域识别前体肽RrdA的前导序列并将核心肽定位至RrdB的催化活性中心。破坏RrdC与RrdB之间的关键相互作用，或干扰CMH对前导肽的识别，均显著降低甚至完全消除催化活性，并改变反应选择性；缺失前导肽虽不彻底阻断反应，却显著降低效率并影响选择性。这些结果揭示出一种新的催化模式——非催化辅助蛋白的不同结构域分别负责招募修饰酶和识别肽底物，从而将底物精确递送至催化中心。结构比较还提示RrdC与Trigger factor、SurA共享相似的多螺旋肽结合特征；在此基础上对多个RiPPs家族进行大规模基因组挖掘，识别出285条相关蛋白序列，涵盖graspetides、羊毛硫肽、ranthipeptides、spliceotides及硫酰胺肽等多个家族，提示分子伴侣样的底物识别机制可能在RiPPs生物合成中具有更广泛的意义。

不过，上述机制目前主要在rhodococidin体系中得到验证，PPIase结构域在该过程中的具体作用、285条候选序列对应的实际催化行为，以及这一伴侣样模式是否在其他RiPP家族中遵循相同的作用逻辑，仍有待后续工作进一步阐明。