分享一篇发表在JACS上的文章，本文的通讯作者是来自美国Scripps研究所的Phil S.Baran、英国剑桥大学的Gonçalo J.L. Bernardes、美国Scripps研究所的Philip E. Dawson以及Bristol-Myers Squibb公司的Martin D. Eastgate。Baran课题组致力于天然产物全合成及复杂天然产物的后期修饰以及活性小分子库的快速制备。Bernardes课题组致力于开发蛋白质的位点特异性标记和偶联方法。Dawson课题组致力于在蛋白质上引入非天然官能团。
在含有反应基团的天然氨基酸残基中，丝氨酸很少被用于进行选择性衍生。这主要是由于无法将丝氨酸残基的亲核性与其他亲核侧链和水(涉及化学选择性)以及其多个拷贝中的单一残基(涉及位点选择性)区分开来。
目前没有通用的化学酶或其它方法能够位点选择性地、精确地将衍生基团附着在天然生物分子的丝氨酸残基上。能够实现这种丝氨酸上的选择性官能团化在本质上是有价值的，因为它将使得用于化学选择性修饰肽和蛋白质位点选择性标记的工具箱增加一个新的维度。
幸运的的是，自然界已经指出了一个可能的解决办法，即利用酶机制和磷(V)的反应性，在丝氨酸上进行定点磷酸化。这一过程表明，P(V)基亲电试剂可能对醇基亲核试剂有先天的偏好。此外，基于P(V)的生物偶联化学的灵感来自于一类新的磷试剂(ψ和Π)与氧基和碳基亲核试剂的快速、可预测反应。在这篇文章中，作者使用ψ试剂对丝氨酸的选择性反应，使选择性翻译后标记和丝氨酸残基生物偶联成为可能。
作者首先在氨基酸之间进行竞争性偶联实验，结果显示即使在半胱氨酸、赖氨酸、酪氨酸和硒代半胱氨酸存在的情况下，ψ试剂对丝氨酸功能化仍旧具有惊人的选择性。这些初步研究确定了这种方法的可行性，并表现出与传统蛋白标记方法相同的选择性，如NHS对于赖氨酸的选择性、碘乙酰胺对于半胱氨酸的选择性以及MTAD对酪氨酸、色氨酸的选择性。
作者之后在含有多种亲核氨基酸的长肽段中探索了这种方法更实际的应用。使用各种ψ试剂总是可以观察到对于丝氨酸的优异选择性和令人满意的转换效率。其中，万古霉素被选为一个关键例子，它含有丰富的官能团：一个羧酸、一个伯胺、一个伯酰胺、三个酚醇、五个仲醇和一个伯醇。其中，试剂P(V)-1和P(V)-3对该化合物的伯醇位点具有显著的选择性。
接下来，作者挑战了在蛋白质上使用ψ试剂安装各种衍生基团的化学方法，也取得了不错的成效。此外，基于密度泛函理论的计算对偶联步骤中的丝氨酸选择性做出了合理的推断。作者指出，随着ψ试剂设计的进一步发展，在水环境中反应性更强、更稳定、半胱氨酸兼容性更强的ψ试剂将有助于进一步利用这一新方法对蛋白质上的丝氨酸残基进行化学和区域选择性修饰。
总的来说，作者利用基于P(V)氧化态的试剂，开发了第一个能够快速、化学选择性、模块化对天然多肽的丝氨酸残基进行功能化的通用方法。这种氧化还原经济的方法可以用于将几乎任何种类的衍生基团附加到丝氨酸上，生成稳定、良性和亲水的硫代磷酸键。该方法耐受所有其他已知的天然的蛋白原性氨基酸亲核官能团。随着位点选择性生物偶联方法工具箱的扩充，可以适应于各种应用。
本文作者：WQW
责任编辑：CY
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c05595
原文引用：DOI：10.1021/jacs.0c05595
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