鄰近標(biāo)記技術(shù)（PLPs）作為一種新興的標(biāo)記工具，已從研究蛋白-蛋白相互作用逐步拓展至細(xì)胞-細(xì)胞相互作用（CCIs）。然而，現(xiàn)有的PLPs方法在標(biāo)記CCIs時(shí)往往依賴(lài)于天然酶或小分子光催化劑，這些催化模塊通常需要復(fù)雜的基因修飾或外部光照激活，從而限制了其在復(fù)雜生物體系中的應(yīng)用。 近日，東南大學(xué)孫柏旺教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院李瑤嘉博士，提出了一種創(chuàng)新的化學(xué)催化標(biāo)記平臺(tái)——人工金屬酶標(biāo)記技術(shù)（ArM-Tag）。該技術(shù)通過(guò)構(gòu)建一種能夠高效錨定于靶細(xì)胞膜的人工金屬酶，并結(jié)合定向進(jìn)化策略，實(shí)現(xiàn)了高效催化烯丙氧基脫除的生物正交剪切反應(yīng)。ArM-Tag不僅克服了傳統(tǒng)PLPs技術(shù)對(duì)基因修飾或光源的依賴(lài)，還成功應(yīng)用于活細(xì)胞標(biāo)記和細(xì)胞-細(xì)胞相互作用的精準(zhǔn)記錄。
關(guān)鍵研究進(jìn)展 1） 高效催化烯丙氧基脫除反應(yīng)的Pd配合物優(yōu)化 研究團(tuán)隊(duì)首先合成并篩選了一系列Pd配合物，探索其催化烯丙氧基脫除反應(yīng)的效率。由于該反應(yīng)對(duì)親核物具有較強(qiáng)的依賴(lài)性，在生物正交催化領(lǐng)域鮮有報(bào)道。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步測(cè)定了優(yōu)化Pd配合物在不同底物濃度及親核物存在下的催化動(dòng)力學(xué)特性，揭示了反應(yīng)的限速步驟。 2）人工金屬酶（Pd-SAV）的構(gòu)建與優(yōu)化 研究者將優(yōu)化后的Pd配合物作為輔因子，并結(jié)合生物素-鏈霉親和素（SAV）技術(shù)，成功構(gòu)建了人工金屬酶系統(tǒng)（Pd-SAV）。Pd-SAV克服了傳統(tǒng)脫烯丙基反應(yīng)對(duì)親核物的依賴(lài)性。進(jìn)一步結(jié)合定向進(jìn)化技術(shù)，對(duì)S112和K121氨基酸進(jìn)行定點(diǎn)突變，顯著提升了Pd-SAV的催化活性。 3）人工金屬酶的細(xì)胞膜錨定與生物兼容性 通過(guò)脂質(zhì)錨定模塊修飾優(yōu)化的人工金屬酶，研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了其快速定位至靶細(xì)胞膜（<10 min），并保持催化活性。該策略不僅展現(xiàn)出良好的生物兼容性， 還具有較強(qiáng)的蛋白酶抗降解能力，確保了酶在細(xì)胞膜上的穩(wěn)定性。 4）活細(xì)胞標(biāo)記與細(xì)胞-細(xì)胞相互作用檢測(cè) 研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將ArM-Tag應(yīng)用于活細(xì)胞標(biāo)記及CCIs研究，成功實(shí)現(xiàn)了CAR-T細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞間相互作用的精準(zhǔn)標(biāo)記。這一成果展示了ArM-Tag在免疫細(xì)胞治療、細(xì)胞追蹤及細(xì)胞-細(xì)胞相互作用研究中的巨大潛力。 研究意義與展望 本研究提出了一種全新的生物正交催化策略，為化學(xué)生物學(xué)領(lǐng)域的細(xì)胞標(biāo)記和細(xì)胞相互作用研究提供了新的工具。ArM-Tag作為一種無(wú)需基因修飾、光激活的標(biāo)記方法，在細(xì)胞治療、免疫療法及生物醫(yī)學(xué)研究等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 論文信息 Chemocatalytic Cell Tagging Platform for Recording Cell-Cell Interactions via Engineered Palladium-Based Artificial Metalloenzymes Zhiguo Gao, Ke Qin, Wei He, Yi Liang, Jiaying Yu, Zhimei Wang, Xuejing Li, Jian Chen, Zhuoer Cai, Jinzhong Hu, Huayu Liu, Dandan Wang, Yaojia Li, Baiwang Sun 文章的第一作者兼通訊作者為東南大學(xué)的博士后高志國(guó)。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202424738
