今天分享一篇发表在Angewandte上的文章：Bioinspired Nitroalkylation for Selective Protein Modification and Peptide Stapling，通讯作者是来自美国奥本大学化学与生物化学系的助理教授Monika Raj，他们组的研究兴趣是利用有机化学工具解决生物学领域的问题，包括研究用于合成生物分子的新化学反应、催化和连接方法学，开发在水介质中的反应以及催化剂，寻找化学方法合成独特结构的肽等等。

      蛋白质的位点选择性化学修饰对于研究生物化学和药物化学领域中的各种生物过程（例如翻译后修饰和蛋白-蛋白相互作用）是非常重要的。虽然目前使用非天然氨基酸插入的生物正交方法为复杂生物体系中的蛋白质功能化提供了一种良好的策略，但是开发化学方法来制备特定修饰的蛋白质同样具有重要意义。其中一种较为成熟的方法是预先在蛋白质上引入醛基，然后通过添加肼或羟胺分别生成腙和肟来进行化学修饰。然而这种方法具有一定的局限性：例如反应动力学比较缓慢，使用有害催化剂多，与代谢物发生交叉反应，由可逆性而产生的偶联物缺乏稳定性，低转化率(~40-60%)，底物范围小，以及反应条件要求 pH 4−6的酸性条件可能会对蛋白质的结构产生不利影响等等。

      因此，开发可以克服以上限制的生物偶联试剂和方法具有重大意义和挑战。文章作者对多肽链或蛋白进行醛化的方法因位点而特异，例如要实现丝氨酸的醛化，可以在磷酸盐缓冲液(pH 7.5)中加入N-端带有丝氨酸的多肽和高碘酸钠，室温下黑暗中搅拌反应3h即可，无需进一步纯化；又如在N-端含有甘氨酸的蛋白质中加入PLP溶液，于磷酸钠缓冲液(pH 6.5)中37°C下孵育4-20小时即可实现醛化。

      硝基烷烃修饰蛋白质是一种新兴的PTM，其在酶功能调节、蛋白质转运和细胞信号传导中的发挥一定生理作用。作者受到这种硝基烷烃修饰的启发，并基于硝基烷烃对含醛蛋白质的亲核进攻将在共轭位点形成稳定的C-C键的假设，希望能开发用于蛋白质选择性修饰的硝基烷烃试剂。这种能够在生理条件下对蛋白质硝基烷烃化修饰的方法将成为研究PTM相关细胞信号转导的新工具。这种基于硝基烷烃和醛基的生物耦连反应具有许多应用：（1）对氨基酸的反应性侧链上的醛具有高化学选择性；（2）可以引入各种不同标记的修饰，例如NMR标记（氟是一种在生物体系中几乎不存在的独特生物正交原子，用于探测生物学中的分子相互作用）、荧光基团、亲和标记或用于click反应的炔烃末等；（3）二硝基试剂可用于肽段的连接。另外，硝基烷烃由于其在质谱中独特的pattern，可以对蛋白质进行鉴定。

      综上所述，这篇文章提出了一种高化学选择性的生物耦连反应，是用于标记肽段和蛋白质，以及合成连接肽的有力工具。

本文作者：MB

原文链接：

https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201908593

文章引用：http://dx.doi.org/10.1002/anie.201908593