分享一篇发表在JACS上的文章，题目为μMap Photoproximity Labeling Enables Small Molecule Binding Site Mapping。本文通讯作者为普林斯顿大学的David W. C. MacMillan教授。MacMillan课题组致力于新颖有机催化机制的发现与应用。2021年，W. C. MacMillan教授因其在不对称有机催化领域的贡献，与Benjamin List分享当年的诺贝尔化学奖。
目前，基于表型的药物筛选策略是药物发现的主流方法。为实现高效的药物开发，获得先导化合物的靶点以及结合位点信息十分重要。当前，研究小分子结合位点的实验技术主要有X射线晶体学（XRC）、氢氘交换质谱（HDX-MS）以及光亲和性标记（PAL）。
MacMillan课题组最近报道了一种利用能量转移光催化机理实现小分子靶点鉴定的方法，称为μMap光临近标记技术。在该方法中，基于铱的光催化剂被共价连接到小分子配体上，使其能够定位到靶蛋白上。在可见光照射下，含有双吖丙啶的探针分子仅在配体-催化剂偶联物附近生成具有反应活性的卡宾，并标记在邻近的氨基酸残基上。随后，通过基于质谱的化学蛋白质组学技术，即可对标记蛋白进行鉴定。相比于经典的PAL技术，该方法的催化特性使得一个配体-催化剂分子能够对靶点进行多次标记，进而放大信号。考虑到卡宾具有较短的标记半径，该方法只能对配体结合位点附近的氨基酸残基进行标记。在本文中，研究人员对μMap光临近标记技术在揭示小分子的靶点结合位点方面的能力进行探究。
研究人员首先选择碳酸酐酶（carbonic anhydrase, CA）作为模式蛋白。已知，磺酰胺小分子对CA具有较强的亲和力，故研究人员设计合成了连有铱光催化剂的磺酰胺小分子（1）。在有等摩尔BSA干扰的条件下，相比于游离的铱催化剂，1对CA的标记选择性提高了15倍。进一步，作者对光催化标记后的产物进行蛋白质质谱分析。通过数据处理，作者获得两个高置信度的标记位点：H2和Q135。在晶体结构中，上述位点与磺酰胺小分子的距离分别为11与17 Å，证实μMap光临近标记技术在小分子结合位点鉴定上的可行性。为探究该方法的普适性，作者在其他已知的小分子-蛋白互作模型上进行验证，包括(+)-JQ-1与BRD4、dasatinib与BTK、AT7519与CDK2、lenalidomide与CRBN，均取得了理想的实验结果。此外，作者在rapamycin上引入铱光催化剂，对FKBP12-rapamycin-mTOR复合物中rapamycin与两蛋白的结合位点实现同时鉴定。作者将该方法应用于新颖的蛋白-小分子结合位点的研究之中，通过揭示抑制剂MM-206与STAT3之间的结合位点在CCD结构域，证实MM-206基于别构调节机制抑制STAT3活性。最终，作者探究μMap光临近标记技术在活细胞水平上直接鉴定小分子结合位点的能力。作者基于(+)-JQ-1这一配体，首先揭示其在活细胞中对多种溴结构域蛋白的高度选择性标记，随后，针对BRD4的结合位点鉴定到3个与配体距离小于10 Å的氨基酸残基，证实了该方法在活细胞水平上的应用前景。综上所述，本文将此前发展的μMap光临近标记技术应用于小分子结合位点的鉴定，并在纯蛋白、蛋白质组层面均取得了成功。
原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.3c03325文章引用：10.1021/jacs.3c03325
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