泛素(Ub)化是一種可逆的翻譯后修飾，在多種細(xì)胞過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵的調(diào)控作用。體內(nèi)的去泛素化酶(DUB)可以從底物蛋白中去除泛素化修飾來(lái)維持其動(dòng)態(tài)平衡。DUB豐度的動(dòng)態(tài)變化、活性的擾動(dòng)會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)性特異性疾病和惡性腫瘤的發(fā)生。因此，需要探針工具來(lái)繪制不同生理環(huán)境下活細(xì)胞中 DUB活性的時(shí)間圖譜。
近期人們開(kāi)發(fā)了一系列掩蔽-激活的泛素探針工具，能夠?qū)崿F(xiàn)DUB活性的時(shí)間分辨監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)有探針都是依賴于特定的化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)探頭的掩蔽與激活。然而，廣泛使用的 Ub-炔丙胺(Ub-PA)和脫氫丙氨酸(Ub-Dha)探針的活性難以通過(guò)這種策略進(jìn)行控制，因?yàn)檫@些探頭的活性難以實(shí)現(xiàn)暫時(shí)掩蔽與激活。
近日，合肥工業(yè)大學(xué)李宜明課題組發(fā)展了一種新型的泛素C端骨架修飾策略用于制備光控激活的泛素活性探針（Ub-PA, diUb-Dha），這類探針可以在活細(xì)胞內(nèi)以時(shí)間分辨的方式監(jiān)測(cè)DUB的活性，并在氧化應(yīng)激過(guò)程中繪制了DUB活性變化的時(shí)間分辨圖譜。
作者對(duì)比了Ub和DUB的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)Ub的G75位于DUB催化口袋的最狹窄區(qū)域。如果使用大位阻的光籠基團(tuán)修飾Ub主鏈的G75就可能會(huì)阻止Ub和DUB之間的結(jié)合，從而掩蔽探針的活性。光照激活后，探針恢復(fù)為原來(lái)的結(jié)構(gòu)即可發(fā)揮活性。作者將鄰硝基芐基修飾的甘氨酸裝載到泛素的G75位，通過(guò)一次性固相合成結(jié)合氨解反應(yīng)獲得了探針1，該探針在體外可實(shí)現(xiàn)掩蔽與激活。 通過(guò)進(jìn)一步將細(xì)胞穿透肽與探針綴合，作者制備了細(xì)胞穿梭的合成蛋白質(zhì)探針。熒光成像顯示穿膜探針能夠高效進(jìn)入活細(xì)胞中。結(jié)合蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，穿膜探針在光照激活后能夠在活細(xì)胞中捕獲4個(gè)家族中的29個(gè)DUB (17 USP, 8 OUT, 3 UCH and 1 MJD)。 氧化應(yīng)激過(guò)程中DUB活性的時(shí)間分辨分析顯示，許多DUB在此過(guò)程中的活性呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢(shì)。作者分析DUB活性的抑制可能和氧化應(yīng)激前期泛素鏈的積累有關(guān)。最后作者還用骨架修飾的策略合成了光控激活的泛素鏈脫氫丙氨酸探針。 總之，在該工作中，李宜明等發(fā)展了C 端骨架修飾的新策略，用于合成細(xì)胞滲透、光控激活的泛素活性探針，展示出蛋白質(zhì)化學(xué)全合成在獲取新型泛素探針工具上的便捷性，為DUB在不同生理過(guò)程中活性的研究提供了新機(jī)遇。 論文信息 Photocaging of Activity-Based Ubiquitin Probes via a C-Terminal Backbone Modification Strategy Yu Wang, Jingnan Chen, Xiao Hua, Xianbin Meng, Hongyi Cai, Rongtian Wang, Prof. Jing Shi, Prof. Haiteng Deng, Prof. Lei Liu, Prof. Yi-Ming Li Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202203792
