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溫和條件下的蛋白質(zhì)偶聯(lián)或定點(diǎn)修飾反應(yīng)對(duì)于保持蛋白質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)和生理功能至關(guān)重要，而多結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)的重構(gòu)反應(yīng)在保持蛋白質(zhì)完整三維結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上又需要維持各個(gè)結(jié)構(gòu)域之間的原生動(dòng)態(tài)柔性或協(xié)作性。借助多肽合成化學(xué)，自然化學(xué)連接(native chemical ligation)是構(gòu)建蛋白質(zhì)片段的有效手段。為保持蛋白質(zhì)穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)，目前蛋白質(zhì)偶聯(lián)反應(yīng)大多通過(guò)連接酶的參與，但是連接酶催化反應(yīng)的可逆性和人為引入的酶識(shí)別位點(diǎn)序列仍然存在較大的改進(jìn)空間。目前常見的蛋白質(zhì)偶聯(lián)反應(yīng)在蛋白質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)域動(dòng)態(tài)完整性和連接效率等方面存在較大的挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步發(fā)展溫和條件下的高效偶聯(lián)反應(yīng)以適用于高分辨或近似原子分辨層次的蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)、結(jié)構(gòu)與互作研究。

根據(jù)前期研究，南開大學(xué)蘇循成教授團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種溫和條件下高效的蛋白質(zhì)偶聯(lián)反應(yīng)。在吡啶苯砜基對(duì)于自由巰基的特異選擇性的基礎(chǔ)上，通過(guò)含有氟和苯砜基的吡啶衍生物中拉電子取代基的協(xié)同效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了氟原子對(duì)于自由巰基的反應(yīng)選擇性。一系列吡啶衍生物與小分子巰基化合物的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，5-氟-4-苯砜基-皮考啉醛(FPPA)中氟對(duì)于自由巰基具有非常高的選擇性并且可以與苯砜基當(dāng)作兩級(jí)不同的親核取代反應(yīng)。另外，F(xiàn)PPA中的醛基對(duì)于1,2-氨基硫醇具有較高的環(huán)化反應(yīng)速率?；诖?，通過(guò)FPPA可以首先通過(guò)氟與第一個(gè)蛋白質(zhì)中游離巰基的親核取代實(shí)現(xiàn)第一個(gè)蛋白質(zhì)的引入，再通過(guò)苯砜基與第二個(gè)蛋白質(zhì)自由巰基的親核取代或者醛基與第二個(gè)N端含有半胱氨酸的蛋白質(zhì)發(fā)生環(huán)化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)第二個(gè)蛋白質(zhì)的引入。這些反應(yīng)基本在生理?xiàng)l件下順利完成，以相同濃度的蛋白質(zhì)反應(yīng)物就能實(shí)現(xiàn)較高的偶聯(lián)效率。實(shí)驗(yàn)表明，F(xiàn)PPA只對(duì)蛋白質(zhì)中溶劑暴露的自由巰基顯示出較高的反應(yīng)活性而對(duì)于較少溶劑暴露的巰基、自由氨基和羥基等沒有明顯的活性。FPPA介導(dǎo)的蛋白質(zhì)偶聯(lián)復(fù)合物在pH 4-10范圍內(nèi)或者血清中均具有較高的穩(wěn)定性。通過(guò)高分辨核磁共振、選擇性同位素片段標(biāo)記和酶活等實(shí)驗(yàn)表明，F(xiàn)PPA介導(dǎo)的蛋白質(zhì)偶聯(lián)反應(yīng)對(duì)于蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)沒有影響并且比較完整地保留了結(jié)構(gòu)域連接子(linker)的動(dòng)態(tài)完整性和蛋白質(zhì)功能，實(shí)現(xiàn)了多結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)的近似“無(wú)痕”連接。

在該工作中，蘇循成教授團(tuán)隊(duì)發(fā)展了小分子介導(dǎo)的高效蛋白質(zhì)偶聯(lián)反應(yīng)方法，實(shí)現(xiàn)了近生理?xiàng)l件下不同蛋白質(zhì)或同一蛋白質(zhì)不同結(jié)構(gòu)域間的高效連接，同時(shí)完全保留了目標(biāo)蛋白質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)特性的完整性。這種方法為構(gòu)建線性、支鏈、三角架式的蛋白質(zhì)偶聯(lián)體，和重構(gòu)多結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)特別是片段同位素標(biāo)記提供了近乎“無(wú)痕”的高效連接方法。這類偶聯(lián)反應(yīng)為從原子分辨層次上研究蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)特性與互作提供了一種簡(jiǎn)便、高效的技術(shù)策略。