半胱氨酸作为一种独特的氨基酸，其核亲电性质使其在药物设计中扮演着重要角色。传统上，半胱氨酸靶向的药物开发主要依赖丙烯酰胺等有限的电活性基团。然而，这些方法通常需要通过复杂的结构优化来实现特异性与活性。近年来，一种新的“反应性优先”策略逐渐兴起，通过化学蛋白质组学技术直接筛选细胞蛋白质组中的反应性位点，大大拓宽了可药靶蛋白质的范围。然而，这类方法受限于现有技术的可扩展性，难以实现对大规模化合物库的直接筛查。因此，本研究开发了一种新的“可扩展硫醇反应性分析方法”（STRP），以快速识别与半胱氨酸具有反应性的化学基团。（图1C）
图片来源：JACS
本研究通过STRP方法，从超过10,000种小分子化合物中筛选出了与半胱氨酸反应的化学基团，并揭示其潜在的分子机制。在实验中，研究团队利用萤火虫荧光素的化学原理，设计了一种竞争性反应体系，通过荧光信号变化定量测定化合物与半胱氨酸的反应性。在此基础上，进一步通过高通量筛选发现了一类环丁烷-噁二唑基团，其以环开裂的方式特异性反应于半胱氨酸。此外，通过化学蛋白质组学和分子机制研究，揭示了这种化学基团对多种蛋白质的修饰效应，并探讨了其在细胞环境中的稳定性和功能调节作用。
图片来源：JACS
本研究首次将环丁烷-噁二唑基团引入半胱氨酸靶向药物化学领域，为药物研发和化学工具设计提供了全新选择。通过STRP方法，不仅大幅提高了筛选效率，还为识别具有独特选择性的活性基团提供了有效途径。这种创新性的反应性基团具备高特异性和中等反应活性，能够广泛结合蛋白质组中不同家族的半胱氨酸位点。此外，其与脱泛素酶UCHL1的相互作用进一步揭示了该基团潜在的药用价值，特别是在调控神经元生存及疾病治疗中的应用前景。同时，这一发现为开发新型共价抑制剂和功能化工具分子铺平了道路，同时拓宽了半胱氨酸反应性化学基团的研究视野，具有重要的基础研究和应用转化意义。未来的研究将聚焦于优化此类化合物的选择性和效能，为特定疾病的靶向治疗提供新的思路。
标题：Scalable Thiol Reactivity Profiling Identifies Azetidinyl Oxadiazoles as Cysteine-Targeting Electrophiles
作者：Fereshte Ghorbani,# Shaochen You,# Gennadii A. Grabovyi, Mannkyu Hong, Garrett Lindsey,
Arnab K. Chatterjee, and Michael J. Bollong*
链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c05711
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