分享一篇发表在Angew. Chem. Int. Ed.的文章，用于聚集蛋白成像的共价探针（DOI: 10.1002/anie.202015988）。本文的通讯作者刘宇,是中国科学院大连化学物理研究所分析化学分离科学重点实验室研究员，蛋白质折叠化学生物学创新特区研究组组长。研究方向：（1）新型荧光分子全谱观测蛋白质相分离过程中的构型变化；（2）新型早期临床诊断方法和高通量药物筛选平台；（3）发展化学探针解析活细胞内药物靶点结合效力。

蛋白质折叠成其定义的三维结构，以获得适当的生物功能。x射线晶体学和电子显微镜揭示的这些结构指导了非共价探针的设计，以调节蛋白质功能。对蛋白质化学反应性的进一步探索发现了无数折叠状态下的反应类型。氨基酸固有的亲核性使得化学选择性生物偶联，如活化的酯与赖氨酸反应，马来酰亚胺与半胱氨酸反应，以及多种蛋白质化学连接方法。酶或结合蛋白的独特催化环境提供了多种多样的共价反应，包括酰化、1,4-迈克尔加成、烷基化、氨基化和硼化等。这些共价反应帮助开发针对折叠蛋白的共价探针，包括生物成像的荧光探针，用于治疗的共价药物和基于活性的化学蛋白质组学探针等。除了这些天然存在的化学反应，非天然氨基酸的引入极大地拓宽了化学反应的视野，并丰富了用于折叠蛋白选择性生物偶联和功能化的生物正交化学工具箱。

与折叠蛋白不同，由于基因突变、环境压力、化学修饰和老化引起的错误折叠和聚集蛋白通常失去其基本结构。细胞中异常的蛋白质错误折叠和聚集通常会导致许多蛋白质构象疾病，如神经退行性变、代谢紊乱、心血管疾病和某些类型的癌症。尽管传统上认为蛋白质淀粉样蛋白聚集是结构紊乱的，但鉴于最新的显微镜技术进展方法，已经证明蛋白质淀粉样蛋白聚集表现出有组织的β-折叠结构。

虽然聚集蛋白的非共价探针已经被阐明，但是针对聚集蛋白的共价探针还没有普遍的报道。这可能是由于聚集蛋白质内部的局部化学反应尚未被充分研究。最近，已有开始研究聚集蛋白质内部的物理环境的工作，但他们的工作主要是利用环境敏感探针揭示了蛋白质聚集时极性和粘度的变化。然而，化学反应蛋白是如何处于聚集状态的仍然是个谜。因此，目前强大的化学传感和生物结合策略可能为解决这个问题提供了线索。

共价化学反应用来修饰聚集蛋白很少发生。文章报道了一种发生在蛋白质聚集时的共价迈克尔加成。这种反应最初是由一种模拟Kaede荧光蛋白光转换机制的生物激发荧光颜色转换探针发现的。该探针是深色的，当它非共价结合错误折叠的蛋白质时，会发出红色荧光（620 nm）。在生化和质谱结果的支持下，探针通过共价迈克尔加成与聚集蛋白的反应性半胱氨酸发生化学选择性反应，并在蛋白质聚集时逐渐转变为绿色荧光（515 nm）。质谱分析显示荧光颜色开关特性是由化学选择性共价迈克尔加成与半胱氨酸残基诱导的，半胱氨酸残基在蛋白质聚集时发生反应。进一步利用这种化学来开发其他荧光颜色开关探针，并证明其化学可调性。透射电镜图像和蛋白水解抗性结果表明，聚集蛋白的致密性影响其化学反应性。在孔雀石绿染料衍生物中利用这种迈克尔加成化学证明了它的普遍适用性和化学可调性，导致不同的荧光颜色转换响应。最后，利用这种化学反应选择性地观察应激活细胞中聚集的蛋白质组。该工作为探索蛋白质聚集的其他化学反应和设计用于成像、化学蛋白质组学和治疗目的的共价探针提供一条新的途径。

折叠蛋白和聚集蛋白的化学反应性