作者:李学臣等 来源:《化学》 发布时间:2022/8/10 17:02:22
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一种高效实用的多肽蛋白质脱硫新策略

 

2022年8月8日,香港大学的李学臣教授团队在Chem上发表了一篇题为“Superfast desulfurization for protein chemical synthesis and modification”的研究成果。

该成果报道了一种基于四乙基硼酸钠的多肽蛋白质脱硫方法(Add-and-done desulfurization, ADD)。这种方法简单高效,适用底物范围广,可用于多种含未保护半胱氨酸(Cys)或青霉胺(Pen)残基的多肽/蛋白质的巯基脱除,为复杂生物大分子的精确化学合成及化学半合成提供了一种实用的脱硫策略。

论文通讯作者是李学臣;第一作者是孙振铨。

多肽、蛋白质的化学合成及其定点修饰可提供具有精确化学结构的生物大分子,特别是对于研究蛋白质翻译后修饰对各种生命活动的作用、从头制备无法由重组表达技术获得的D-构型多肽蛋白、开发新型多肽蛋白药物等领域有重大意义。在化学蛋白质合成领域中,脱硫化学的应用极大地拓展了以半胱氨酸(Cys)为基础的多肽蛋白连接技术。这使得多肽蛋白片段偶联的位点不再局限于自然丰度仅约1.8%的半胱氨酸残基,而是能够在化学偶联完成后将暂时引入的携巯基突变氨基酸(如Cys,Pen等)脱硫转化为丰度更高的自然氨基酸残基(如Cys→Ala,Pen→Val等)。然而随着现今化学蛋白全合成/半合成的发展,越来越复杂的生物大分子结构对已报道的多肽蛋白脱硫方法在官能团兼容性、副反应控制以及反应收率上提出了更高的要求。我们仍在追求更温和、更高效、更简单的脱硫策略以更好地实现多肽蛋白质的化学合成及其精准修饰。

近日,香港大学的李学臣教授团队发展出了一种高效且实用的多肽蛋白质脱硫策略(Add-and-done desulfurization, ADD),可以对含未保护巯基的多肽/蛋白质分子实现具化学选择性的超快速脱硫,香港大学的谢俊铭团队、香港中文大学的李鸿基团队为该脱硫策略的机理研究提供了有力的实验支持。这种基于四乙基硼酸钠的脱硫方法操作简单(只需加入试剂,混匀),反应迅速(t1/2~5s),不需要常规脱硫方法所要求的复杂条件和设备,如惰性氛围保护、紫外光辐射、金属催化剂或重要的外源性硫醇添加剂等等。

图1:传统脱硫方法与超快速脱硫方法(ADD)的对比。

图2:超快速脱硫方法(ADD)的发现及其条件优化。

图3:超快速脱硫方法(ADD)在随机含巯基多肽上的应用。

该方法在多种不同的多肽/蛋白底物中被成功应用,展示出了对不同氨基酸残基(Met、Trp、Tyr)、蛋白质翻译后修饰(N-糖基化、Q-血清素化)以及通用巯基保护基(-Acm、-Thz、-Succinimide)的相容性。在室温条件下,往含有底物的三(2-羧乙基)膦(TCEP)溶液(pH 4~5)中加入一定量的四乙基硼酸钠的水溶液即可在数十秒内将底物中的半胱氨酸(Cys)或青霉胺(Pen)残基转化为对应的丙氨酸(Ala)或缬氨酸(Val)。亦可用于商用蛋白中的硫脱除,快速构建不含二硫键的蛋白而不需要通过重组技术获得,为潜在的蛋白质空间结构分析提供一种实用工具。

图4:超快速脱硫方法(ADD)在含巯基蛋白上的应用。

图5:超快速脱硫方法(ADD)在蛋白质化学合成上的应用。

ADD甚至能够克服一定浓度的自由基淬灭剂进行脱硫,可很方便地与现有的自然化学连接反应(Native chemical ligation, NCL)进行联用,从而实现了白细胞相关免疫球蛋白样受体-1(LAIR-1)膜内部分的化学全合成和定点血清素化修饰的组蛋白H3(H3Q5ser)的化学半合成。

图6:超快速脱硫方法(ADD)的机理研究。

通过相关的机理研究实验,作者提出了一种基于四乙基硼酸钠在水溶液中被空气中的氧气氧化,释放出乙基自由基从而引发自由基脱硫链式反应的机理。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.07.017

 
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