分享一篇發(fā)表在Nature Communications上的文章。通訊作者是來自中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所的陳小華教授。他們組主要關(guān)注蛋白質(zhì)間相互作用和靶標(biāo)確證研究、基于靶向蛋白降解技術(shù)的創(chuàng)新藥物研發(fā)。
生物正交的點(diǎn)擊反應(yīng)是目前最強(qiáng)大的分子組裝策略之一，其中光驅(qū)動(dòng)的photoclick反應(yīng)避免了有毒金屬催化劑和配體的使用，同時(shí)能夠提供較高的時(shí)空分辨率。目前的photoclick反應(yīng)數(shù)量仍然較少，開發(fā)新型的photoclick反應(yīng)是極有必要的。本文作者開發(fā)了一種由光激活的伯胺和鄰硝基芐醇（o-NBAs）環(huán)化反應(yīng)（簡(jiǎn)稱為PANAC），能夠在體外和生物體系中實(shí)現(xiàn)小分子和生物分子的快速功能化。
在本文之前，已經(jīng)有多個(gè)組證明了o-NBA和伯胺之間由光催化的反應(yīng)；而作者此前也成功讓o-NBAK這種非天然氨基酸實(shí)現(xiàn)其和臨近的賴氨酸ε-氨基形成吲哚酮來在活細(xì)胞中捕捉相互作用。這些依賴于不同催化條件及反應(yīng)物濃度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果使作者嘗試優(yōu)化光激活PANAC使其成為photoclick反應(yīng)。在篩選之后，他們發(fā)現(xiàn)帶有吸電子酰胺基團(tuán)的o-NBA骨架和伯胺有高反應(yīng)性，并進(jìn)一步優(yōu)化了反應(yīng)體系和誘導(dǎo)條件。在化學(xué)反應(yīng)上，他們證明了o-NBA能夠在較低的伯胺當(dāng)量（2μM）下、在中-堿性緩沖環(huán)境中、通過幾分鐘的光照進(jìn)行高效的photoclick反應(yīng)，其產(chǎn)物也能夠穩(wěn)定存在。他們進(jìn)一步評(píng)價(jià)了一系列的含伯胺分子與o-NBAs的PANAC反應(yīng)。整體上，PANAC反應(yīng)的產(chǎn)率都較高，能夠和各種藥物小分子、Biotin、熒光染料和疊氮化物適配，同時(shí)能夠完成PROTAC的組裝。
接下來，作者們進(jìn)行了PANAC的應(yīng)用。首先，在肽水平上，他們能夠利用o-NBAs將Biotin、疊氮或者炔基引入到Lys的氨基上；在同時(shí)含有Cys/Tyr和Lys的肽上，讓o-NBA依次和Cys/Tyr及未保護(hù)的Lys反應(yīng)從而實(shí)現(xiàn)了肽環(huán)化。之后，他們?cè)诎╪anobody-HER2在內(nèi)的多種單蛋白抗體上，通過PANAC在Lys上引入炔基，并通過CuAAC反應(yīng)帶上熒光，證明了兩種Click反應(yīng)間的兼容性；而被修飾的HER2抗體能夠正常發(fā)揮功能，在活細(xì)胞上結(jié)合靶標(biāo)并通過修飾的熒光進(jìn)行成像。
接著，他們?cè)诨罴?xì)胞上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，來驗(yàn)證PANAC的生物相容性。他們?cè)O(shè)計(jì)了嘧啶3-氨基吡唑支架上的o-NBA探針，支架可通過氫鍵結(jié)合激酶、o-NBA區(qū)則能夠在光照后和ATP結(jié)合區(qū)的保守賴氨酸反應(yīng)。使用探針，他們成功捕捉到了Jurkat細(xì)胞系中91種激酶、K562細(xì)胞系中76中激酶，比最近無殘基特異性的光反應(yīng)性的Diazirine泛激酶探針鑒定到更多。這些結(jié)果表明了PANAC反應(yīng)的生物兼容性，并提供了一種在活細(xì)胞中進(jìn)行激酶譜分析的方式。最后，他們還測(cè)試了利用PANAC反應(yīng)標(biāo)記細(xì)胞器的能力。使用靶向線粒體的Rho-o-NBA熒光探針孵育細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)只有光激活時(shí)熒光才會(huì)特異性出現(xiàn)在線粒體上；結(jié)合被修飾的HER2納米抗體在活細(xì)胞上的標(biāo)記結(jié)果，這些共同說明了PANAC反應(yīng)在實(shí)現(xiàn)生物分子時(shí)間、空間特異性的標(biāo)記及調(diào)控上的潛能。
綜上，本文發(fā)展了新型的photoclick反應(yīng)PANAC，通過光激活o-NBA和伯胺的環(huán)化。這種反應(yīng)有很好的產(chǎn)率、生物兼容性以及時(shí)空可控性，為小分子功能化以及生物分子的標(biāo)記提供了新的工具。
本文作者：MYZ
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-19274-y
原文引用：DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-020-19274-y
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