近日，中國科學院大連化學物理研究所蛋白質(zhì)折疊化學生物學創(chuàng)新特區(qū)研究組研究員劉宇團隊和生物分子高效分離與表征研究組研究員張麗華團隊合作，通過發(fā)展新型仿生熒光共價鍵探針和質(zhì)譜表征方法，發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)聚集態(tài)界面具有化學反應(yīng)活性，可用于相變蛋白質(zhì)的標記與成像。
大連化物所發(fā)展了相變蛋白質(zhì)的共價鍵標記和成像方法
蛋白質(zhì)在人體內(nèi)的相變過程會誘發(fā)多種退行性疾病，例如帕金森癥、阿爾茲海默癥、漸凍人癥和老年性心衰等。針對上述疾病，劉宇團隊致力于發(fā)展新型化學生物學工具用于觀察蛋白質(zhì)的相變過程和疾病的早期診斷，張麗華團隊一直關(guān)注胞內(nèi)相變蛋白質(zhì)的質(zhì)譜組學解析。然而，致病蛋白質(zhì)通常由于發(fā)生相變處于無序結(jié)構(gòu)狀態(tài)，其特異性識別和檢測具有挑戰(zhàn)性。因此，發(fā)展新的化學方法識別和捕捉相變致病蛋白質(zhì)對疾病的早期診斷和治療有著重要的意義。
在前期工作（Anal. Chem.，2021）的基礎(chǔ)上，該合作團隊保持了紅色熒光蛋白骨架分子對相變蛋白質(zhì)分子的選擇性結(jié)合能力和熒光激活效應(yīng)，通過模仿Kaede光轉(zhuǎn)化熒光蛋白的作用機理，逆向設(shè)計了具有邁克爾加成反應(yīng)活性的新型熒光分子探針。該類新型探針可與早期錯誤折疊的蛋白結(jié)合發(fā)出紅色熒光，在進一步相變聚集過程中發(fā)生邁克爾加成反應(yīng)，熒光信號進而由紅光轉(zhuǎn)為綠光。團隊通過定點突變技術(shù)和高分辨質(zhì)譜分析，揭示了相變蛋白和探針分子的共價反應(yīng)機制，蛋白質(zhì)錯誤折疊過程中半胱氨酸的微環(huán)境變化、蛋白聚集緊實度的不同、探針反應(yīng)活性強弱等因素均會影響該反應(yīng)的進程。基于該化學特性，團隊拓展了基于孔雀綠的新型熒光變色分子，并論證了該共價鍵反應(yīng)的普適性和可調(diào)控性。同時，團隊使用該探針，展示了細胞內(nèi)蛋白質(zhì)組在藥物刺激下從早期錯誤折疊到晚期聚集的相變過程。該工作首次揭示了蛋白質(zhì)相變界面的化學反應(yīng)活性，對未來設(shè)計質(zhì)譜探針和藥物分子提供了新的策略和思路。
上述成果于近日發(fā)表在《德國應(yīng)用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。該工作得到國家自然科學基金、遼寧省興遼人才計劃、大連市科創(chuàng)基金、博士后面上基金、國家重點研發(fā)計劃等項目的資助。
