蛋白质大分子的错误折叠与聚集会导致多种人类尚未攻克的神经退行性疾病。发展新的化学方法和工具用于研究疾病的发病机理、早期诊断以及药物发展十分重要。然而不同于正确折叠态的蛋白质分子，蛋白质的错误折叠与聚集通常会导致其失去特定的三维结构。因此，选择性的识别和靶向蛋白质的此种致病状态具有挑战性。

常规识别聚集态蛋白质（如蛋白质的淀粉样变）的化学探针通常基于分子的非共价键相互作用实现选择性的识别与结合。共价键化学虽然常被用于选择性标记蛋白质分子并调控其功能，但尚未报道可用于标记聚集态的蛋白质。

近日，中国科学院大连化学物理研究所刘宇研究员、张丽华研究员团队合作，基于光转换荧光蛋白发光机理设计了一种全新的仿生荧光探针，并发现蛋白质在错误折叠并聚集的过程中可普遍激活其半胱氨酸，并与探针发生迈克尔加成反应，同时引发探针荧光的颜色转变。

荧光蛋白的发光基团在非共价键结合并识别聚集态蛋白质具有独特优势。团队首先通过模仿Kaede光转换荧光蛋白的发光机制，逆向工程设计了具有迈克尔加成反应活性的荧光探针。其次，在多种模型蛋白体系中，该探针在蛋白质处于正确折叠态时不发光，但可非共价键结合错误折叠态蛋白质并发出红色荧光，当蛋白质发生进一步聚集时转变成绿色荧光。

同时，蛋白质定点突变和质谱分析揭示了荧光发生变色的机理，即探针在蛋白质发生聚集时与其半胱氨酸发生迈克尔加成反应。此外，该反应的反应活性受到半胱氨酸局部环境、蛋白质聚集程度和探针反应活性等因素的规约。利用这个化学，团队进一步设计了基于孔雀绿的新型荧光变色分子，论证了该共价键反应的普适性和可调控性。

最终，该文利用上述探针展示了药物引发的胞内蛋白质组的早期错误折叠到晚期聚集过程。该工作为选择性靶向无序聚集态致病蛋白质这一难题提供了一种新的化学策略。

论文信息：

Covalent Probes for Aggregated Protein Imaging via Michael Addition. 

Wang Wan, Yanan Huang, Qiuxuan Xia, Yulong Bai, Yuwen Chen, Wenhan Jin, Mengdie Wang, Di Shen, Haochen Lyu, Yuqi Tang, Xuepeng Dong, Zhenming Gao, Qun Zhao, Lihua Zhang and Yu Liu*. 

文章第一作者是中国科学院大连化学物理研究所博士后万旺，通讯作者是中国科学院大连化学物理研究所研究员刘宇。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202015988