Nat Chem Bio | 蛋白偶联标记的策略选择

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回顾一篇由UCB LBNL的Nichloas Stephanopoulos与Matthew B Francis共同撰写的在2011年发表于Nature Chemical Biology的文章,题目为“Choosing an effective protein bioconjugation strategy”。本文截止2020-08-07,已被引320次,为高被引论文。文章总结了化学的与生物的标记蛋白的策略方法,并给出了决策树。

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策略I:几乎所有蛋白表面具有多个Lys,可高效的对蛋白进行标记,但修饰数量、位点是不可预知的。
策略II:一些抗体、骨架蛋白、分泌蛋白或天然状态分离得到的蛋白,可在Trp处与金属有机化合物反应偶联;Tyr残基的酚羟基为第一类定位基,可通过曼尼希反应、重氮盐进行标记。该策略需要针对具体蛋白进行小分子化合物的开发,耗时费力,蛋白结构已知可辅助化合物的筛选开发。
策略III:(外源)表达蛋白可定点突变引入Cys,Cys在绝大多数蛋白中的丰度较低(第二稀有氨基酸)。可利用马来酰亚胺(NEM)、碘乙酰胺(IAA)、乙烯基亚砜、丙烯酰胺进行烷基化标记,也可利用巯基形成二硫键的性质捕获。需要注意的是,NEM、IAA也可标记Lys,因此需要质谱验证修饰位点是否为Cys。
策略IV:一些蛋白的催化活性中心位点是Cys,不能使其烷基化失活;此外,人为引入的Cys可能形成额外的二硫键改变蛋白构象。此时需考虑采用与策略II类似的方法,结合蛋白来源可定点突变引入新的Tyr、Trp等,N端的Trp可发生Pictect-Spengler反应。
策略V:ABP探针。
策略VI:蛋白C端具有硫酯结构可通过自然化学连接(NCL),在生物兼容条件下与半胱氨酸衍生物反应偶联标记。若蛋白C端具有CaaX基序(RAS),可通过法尼烯焦磷酸等衍生物,利用法尼烯脂转移酶进行偶联标记。
策略VII:利用非天然氨基酸引入酮、叠氮、炔烃、苯胺等基团,利用生物正交化学进行二次反应标记蛋白;也可引入荧光基团、光交联基团、光化学转化基团进行蛋白标记。
策略VIII & IX:较成熟的生物学方法。

本文已经发表接近十年,生物正交化学反应、ABP探针与非天然氨基酸的开发与应用有了更多发展,质谱、核磁等分析技术的进步使得许多新方法成为可能,仍需注意的是,对蛋白等生物大分子的标记技术依旧是不深刻的面对具体蛋白标记,具体策略选择不一定按文中思路进行。


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