今天分享一篇發(fā)表在Angewandte上的文章：Bioinspired Nitroalkylation for Selective Protein Modification and Peptide Stapling，通訊作者是來自美國(guó)奧本大學(xué)化學(xué)與生物化學(xué)系的助理教授Monika Raj，他們組的研究興趣是利用有機(jī)化學(xué)工具解決生物學(xué)領(lǐng)域的問題，包括研究用于合成生物分子的新化學(xué)反應(yīng)、催化和連接方法學(xué)，開發(fā)在水介質(zhì)中的反應(yīng)以及催化劑，尋找化學(xué)方法合成獨(dú)特結(jié)構(gòu)的肽等等。
蛋白質(zhì)的位點(diǎn)選擇性化學(xué)修飾對(duì)于研究生物化學(xué)和藥物化學(xué)領(lǐng)域中的各種生物過程（例如翻譯后修飾和蛋白-蛋白相互作用）是非常重要的。雖然目前使用非天然氨基酸插入的生物正交方法為復(fù)雜生物體系中的蛋白質(zhì)功能化提供了一種良好的策略，但是開發(fā)化學(xué)方法來制備特定修飾的蛋白質(zhì)同樣具有重要意義。其中一種較為成熟的方法是預(yù)先在蛋白質(zhì)上引入醛基，然后通過添加肼或羥胺分別生成腙和肟來進(jìn)行化學(xué)修飾。然而這種方法具有一定的局限性：例如反應(yīng)動(dòng)力學(xué)比較緩慢，使用有害催化劑多，與代謝物發(fā)生交叉反應(yīng)，由可逆性而產(chǎn)生的偶聯(lián)物缺乏穩(wěn)定性，低轉(zhuǎn)化率(~40-60%)，底物范圍小，以及反應(yīng)條件要求 pH 4?6的酸性條件可能會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響等等。
因此，開發(fā)可以克服以上限制的生物偶聯(lián)試劑和方法具有重大意義和挑戰(zhàn)。文章作者對(duì)多肽鏈或蛋白進(jìn)行醛化的方法因位點(diǎn)而特異，例如要實(shí)現(xiàn)絲氨酸的醛化，可以在磷酸鹽緩沖液(pH 7.5)中加入N-端帶有絲氨酸的多肽和高碘酸鈉，室溫下黑暗中攪拌反應(yīng)3h即可，無需進(jìn)一步純化；又如在N-端含有甘氨酸的蛋白質(zhì)中加入PLP溶液，于磷酸鈉緩沖液(pH 6.5)中37°C下孵育4-20小時(shí)即可實(shí)現(xiàn)醛化。
硝基烷烴修飾蛋白質(zhì)是一種新興的PTM，其在酶功能調(diào)節(jié)、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)中的發(fā)揮一定生理作用。作者受到這種硝基烷烴修飾的啟發(fā)，并基于硝基烷烴對(duì)含醛蛋白質(zhì)的親核進(jìn)攻將在共軛位點(diǎn)形成穩(wěn)定的C-C鍵的假設(shè)，希望能開發(fā)用于蛋白質(zhì)選擇性修飾的硝基烷烴試劑。這種能夠在生理?xiàng)l件下對(duì)蛋白質(zhì)硝基烷烴化修飾的方法將成為研究PTM相關(guān)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的新工具。這種基于硝基烷烴和醛基的生物耦連反應(yīng)具有許多應(yīng)用：（1）對(duì)氨基酸的反應(yīng)性側(cè)鏈上的醛具有高化學(xué)選擇性；（2）可以引入各種不同標(biāo)記的修飾，例如NMR標(biāo)記（氟是一種在生物體系中幾乎不存在的獨(dú)特生物正交原子，用于探測(cè)生物學(xué)中的分子相互作用）、熒光基團(tuán)、親和標(biāo)記或用于click反應(yīng)的炔烴末等；（3）二硝基試劑可用于肽段的連接。另外，硝基烷烴由于其在質(zhì)譜中獨(dú)特的pattern，可以對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行鑒定。
綜上所述，這篇文章提出了一種高化學(xué)選擇性的生物耦連反應(yīng)，是用于標(biāo)記肽段和蛋白質(zhì)，以及合成連接肽的有力工具。
本文作者：MB
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https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201908593
文章引用：http://dx.doi.org/10.1002/anie.201908593
