分享一篇发表在JACS上的文章Photocatalytic Activation of Aryl(trifluoromethyl) Diazos to Carbenes for High-Resolution Protein Labeling with Red Light,通讯作者是来自哥伦比亚大学的Tomislav Rovis教授和Neel H. Shah教授,Rovis教授课题组的研究方向是不对称催化,有机催化以及有机金属化学,Shah教授课题组的研究方向是细胞信号传导的分子机制。邻近标记是一种用于绘制细胞微环境和生物分子之间相互作用快照的强大方法。开发新的邻近标记方法需要仔细考虑目标蛋白质上的“天线”(通常是酶)和由惰性小分子形成的反应性物质,这决定了标记半径。对于蛋白质而言,邻近标记的标记半径与活性中间体的半衰期以及捕获氨基酸侧链有关。酶促邻近标记的方法包括APEX,TurboID等,这些反应性中间体(例如苯氧自由基或活性酯)具有相对较长的半衰期和有限的侧链反应性,因此,开发新的方法来缩小标记半径和扩大氨基酸反应范围,同时提供时空控制有助于更好地捕获细胞微环境快照。通过直接光解形成的活性物质(如卡宾和氮宾)具有极短的半衰期,但直接光解需要细胞毒性紫外线,导致非选择性标记,存在组织渗透和光细胞毒性相关问题。可见光激发可以克服这个限制,例如麦克米伦课题组和默克公司开发的重氮嘧啶可以被Ir光催化剂通过LED激活,从而产生出活性卡宾。作者考虑到使用低能量光的优势,特别是在光疗窗口(λ = 650-900 nm),作者团队和麦克米伦实验室都报道了芳基叠氮化物可以在红光激发下,通过Os或Sn光敏剂激活产生氮宾或氨基自由基。与卡宾相比,氮宾的半衰期相对较长,这使得其标记半径不那么小,细胞微环境的覆盖范围更广。因此,作者开发了一种用DR/NIR光和Os(II)多吡啶光催化剂从类似的重氮化合物中生成短寿命芳基(三氟甲基)卡宾的方法。通过机制研究,作者发现卡宾的形成是由Os(II)光催化剂的激发态向重氮的Dexter能量转移,随后氮的快速离去形成了卡宾。随后,作者研究了各种氨基酸侧链与对甲基(三氟甲基)重氮的反应性,发现活化后通过O-H、S-H和N-H插入与亲核原子有效反应,能够以较高的产率标记Cys,Ser,Thr,偏好极性氨基酸,还发现了Tyr芳香醇上的标记。酸性氨基酸如Asp和Glu的插入率也很高,此外也能和His,Gln,Lys形成N–H插入。具有活性较低侧链的氨基酸(Ala, Gly, Ile, Leu, Pro和Val)没观察到C-H插入产物,而与色氨酸反应产生复杂的混合物。最后,作者证明了该方法对蛋白的标记能力。总的来说,这项技术首次揭示了利用低能量的组织穿透光产生极短寿命的卡宾,用于蛋白的标记。
本文作者:MB
责任编辑:TZY
原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c09545
文章引用:DOI: 10.1021/jacs.3c09545
目前评论: