作者介紹：
王磊，加州大學(xué)舊金山分校任終身副教授，主要研究方向?yàn)椋豪没瘜W(xué)生物學(xué)與合成生物學(xué)的方法擴(kuò)編生物遺傳密碼，把具有新穎物理、化學(xué)和生物特性的非天然氨基酸編碼到擴(kuò)組蛋白質(zhì)中，設(shè)計(jì)研制新型擴(kuò)組蛋白；研究涉及有機(jī)化學(xué)，分子生物學(xué)，微生物學(xué)，蛋白質(zhì)工程和定向進(jìn)化，合成生物學(xué)等交叉領(lǐng)域，設(shè)計(jì)并利用非天然氨基酸來(lái)研究和控制蛋白質(zhì)性質(zhì)及各類生物過(guò)程，實(shí)現(xiàn)超越常規(guī)和自然限制的生物合成和制造。
小分子交聯(lián)劑在生物分子相互作用領(lǐng)域占據(jù)重要作用，而小分子交聯(lián)劑結(jié)合現(xiàn)代化交聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)已經(jīng)成為研究蛋白間以及蛋白與生物體間關(guān)聯(lián)的新興研究手段。常用小分子交聯(lián)劑與目標(biāo)蛋白的半胱氨酸進(jìn)行殘基反應(yīng)，極大地促進(jìn)蛋白質(zhì)的相互作用。最常用的交聯(lián)劑如N-羥基琥珀酰亞胺酯（NHS）可以與半胱側(cè)鏈或末端胺作用。目前，交聯(lián)劑可以鎖定Cys, Glu, Asp,His等殘留物.利用化學(xué)交聯(lián)劑結(jié)合現(xiàn)代質(zhì)譜技術(shù)鎖定多種氨基酸擴(kuò)大殘基物庫(kù)存依然是研究的迫切需求。目前，廉價(jià)易得的光-交聯(lián)劑（例如重氮物、疊氮、二苯甲酮等）鎖定殘余物時(shí)由于沒(méi)有選擇性往往會(huì)引入復(fù)雜大分子交聯(lián)產(chǎn)物，干擾MS數(shù)據(jù)的分析，更重要的是，過(guò)度交聯(lián)可能會(huì)人工干擾蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)。
本文（DOI:10.1002/anie.201910135）作者以光籠醌甲基化物為小分子交聯(lián)劑，醌甲基化物通過(guò)邁克爾加成靶向蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)中的9種不同氨基酸。同時(shí)，已進(jìn)一步將交聯(lián)蛋白作用于體內(nèi)、大腸桿菌、哺乳細(xì)胞內(nèi)。
醌甲基化物是良好的邁克爾受體。作者設(shè)計(jì)了雜環(huán)雙官能化交聯(lián)劑NHQM，包含一個(gè)琥珀酰酯及光籠鄰醌甲基化物（圖A）。當(dāng)引入蛋白質(zhì)時(shí)，琥珀酰胺酯迅速地與半胱氨酸殘基反應(yīng)，365nm遠(yuǎn)紫外光誘導(dǎo)鄰硝基苯離去導(dǎo)致氟離子發(fā)生消除生成可以與親核性側(cè)鏈交聯(lián)的鄰醌甲基化合物?；谶@一理念，作者以同二聚體真核調(diào)節(jié)蛋白14-3-3與1 MmNHQM經(jīng)遠(yuǎn)紫外光作用，14-3-3的二聚體與NHQM發(fā)生加成化學(xué)交聯(lián)。表明通過(guò)光誘導(dǎo)-釋放QM，僅1分鐘14-3-3的交聯(lián)在SDS-PAGE上可以觀察到（圖B）。另外，隨著遠(yuǎn)紫外光照射時(shí)間延長(zhǎng)，二聚程度加深。表明以NHQM為媒介的交聯(lián)程度可通過(guò)光控制。
NHQM引發(fā)的交聯(lián)是短而剛性的銜接，這就要求關(guān)聯(lián)時(shí)需與目標(biāo)殘留物緊密接觸。因此，作者將該策略用于測(cè)驗(yàn)體內(nèi)的蛋白二聚體。發(fā)現(xiàn)細(xì)胞體內(nèi)交聯(lián)效率較弱。
為了確定NHQM可以交聯(lián)的殘基物，對(duì)交聯(lián)后的14-3-3蛋白質(zhì)進(jìn)行質(zhì)譜分析。發(fā)現(xiàn)除Lys外，其他多肽中的Gln,Lys, Glu, Ser, Arg, Asn以及Asp殘基物也可以與NHQM交聯(lián)，而這些殘基物有均是親核性側(cè)鏈，這與之前所提鄰醌甲基化物的反應(yīng)機(jī)理一致。
為了有效地實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)交聯(lián)，作者設(shè)計(jì)了鄰醌甲基在末端位置的HoQM交聯(lián)劑（如下圖），利用光籠的QM代替NHS酯以防進(jìn)入細(xì)胞造成細(xì)胞毒性，更重要的是，QM在兩個(gè)末端位置會(huì)增加交聯(lián)類型的多樣性。證明它可以用于細(xì)菌細(xì)胞以及哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)誘導(dǎo)蛋白分子間交聯(lián)，并且具有時(shí)間選擇性。除了用于蛋白-蛋白交聯(lián)，醌甲基化物可以修飾核酸，最后作者證明了NHQM交聯(lián)劑也可以通過(guò)光控誘導(dǎo)蛋白-核酸交聯(lián)。
全文總結(jié)：
作者發(fā)展了雜環(huán)以及同系雙官能化光籠醌甲基化物交聯(lián)劑用于靶向蛋白子-蛋白質(zhì)及蛋白質(zhì)-核酸復(fù)合物的交聯(lián)。該PQM交聯(lián)劑可以與包括半胱氨酸在內(nèi)的9中不同氨基酸殘基物進(jìn)行交聯(lián)。這些交聯(lián)劑不僅使適用單個(gè)蛋白的交聯(lián)，也可以在細(xì)胞裂解液以及在活體細(xì)胞中誘導(dǎo)蛋白-蛋白發(fā)生化學(xué)交聯(lián)。
