硒元素是人體健康活動所必需的微量元素之一，硒蛋白是其實現(xiàn)生物功能的主要形式。目前，在人體中已發(fā)現(xiàn)25種硒蛋白，但其中超過一半，人們對其具體的生物學(xué)功能尚不清楚。硒蛋白F(SELENOF)在人體的很多器官中均發(fā)現(xiàn)具有較高的表達量，例如前列腺，腎臟，肝臟，睪丸等等，SELENOF結(jié)構(gòu)中除了N端的信號肽，還包括一段靠近N端半胱氨酸（Cys, C）富集區(qū)和一段生物活性位點（CGU）的所在區(qū)。研究表明，半胱氨酸富集區(qū)是負責(zé)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的尿苷二磷酸葡萄糖:糖蛋白葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶（UGGT）結(jié)合參與蛋白質(zhì)折疊的質(zhì)量控制。SELENOF生物活性位點所在區(qū)的3D結(jié)構(gòu)跟硫氧化還原蛋白（Trx）的結(jié)構(gòu)類似，推測具有類似的氧化還原性質(zhì)，被稱為硫氧化還原蛋白類似區(qū)（SELENOFTrx），但其準確的生物學(xué)功能并未明確。
近日，以色列希伯來大學(xué)Norman Metanis團隊并利用化學(xué)合成一鍋法制備了SELENOFTrx,并對其氧化還原性質(zhì)進行了一系列的研究。
自然化學(xué)連接法（NCL）是化學(xué)合成蛋白質(zhì)中最常用的方法，利用一條多肽片段C端的硫酯和另一條多肽片段N端的半胱氨酸反應(yīng)生成肽鍵，將兩條多肽連接起來。硒代半胱氨酸（Sec，U）作為半胱氨酸的類似物，具有相似的性質(zhì)，硒代半胱氨酸介導(dǎo)的自然化學(xué)連接法（Se-NCL）可以用于合成具有挑戰(zhàn)性的蛋白質(zhì)和硒蛋白。硒唑烷（selenazolidine，Sez）是N端硒代半胱氨酸的一種保護基，但是在去硒化（deselenization）條件下不穩(wěn)定，會產(chǎn)生許多副產(chǎn)物。為了解決這一問題，作者使用了更加穩(wěn)定的Fmoc保護的硒唑烷（Fmoc-Sez）來合成SELENOFTrx，F(xiàn)moc脫保護和Sez開環(huán)可以在20%的哌啶緩沖溶液中（pH 10）的條件下一步實現(xiàn)，且硒代半胱氨酸不會消旋。此外，哌啶不干擾后面的多肽片段連接NCL，從而實現(xiàn)了SELENOFTrx的一鍋法合成（圖1）。
圖1 利用Fmoc-Sez一鍋法合成SELENOFTrx 蛋白質(zhì)經(jīng)過折疊后，作者利用蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)氧化還原平衡，測得了SELENOFTrx的氧化還原電勢為-256.3 ± 0.8 mV，遠低于蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶（PDI,-175 mV），接近于硫氧化還原蛋白（Trx，-270 mV）（圖2）。此外，SELENOFTrx具有跟Trx類似的還原胰島素雙硫鍵的性質(zhì)（圖2），但是對于半胱氨酸富集的牛胰胰蛋白酶抑制劑（BPTI）和水蛭素（Hirudine）的氧化折疊并沒有任何影響。根據(jù)以上結(jié)果，作者推測SELENOFTrx是一種雙硫鍵還原酶，而不是蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶。 圖2 SELENOFTrx氧化還原電勢的測定和對胰島素雙硫鍵還原的研究 利用Fmoc-Sez發(fā)展的蛋白質(zhì)化學(xué)合成一鍋法為高效合成蛋白質(zhì)提供了一個有力的化學(xué)工具，此外，對硒蛋白SELENOFTrx一些列氧化還原性質(zhì)的研究，為以后更進一步研究SELENOFTrx的生物功能提供了很好的參考。 論文信息： One-Pot Chemical Protein Synthesis Utilizing Fmoc-Masked Selenazolidine to address the Redox Functionality of Human Selenoprotein F Zhenguang Zhao, Reem Mousa, Norman Metanis Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202200279
