分享一篇发表在ACS Chemical Biology上的文章“Protein-Labeling Reagents Selectively Activated by Copper(I）”。文章的通讯作者是来自日本东京大学的Itaru Hamachi教授和他们组内的初级副教授Tomonori Tamura。Hamachi教授组主要致力于开发细胞中蛋白的生物正交选择性标记方法。
铜在生命体的氧化还原等过程中具有重要功能，铜的稳态失调已被发现和多种疾病相关。因此，研究细胞内的铜及铜相关蛋白对进一步理解其功能有重要作用。目前已有多种铜选择性的荧光探针，它们大部分都基于铜特异性的螯合剂，其中一些含有额外酰基咪唑基的结构，能够在铜与螯合剂结合之后提高对蛋白质的共价标记能力，实现更好的铜响应以及细胞相容性。但是在标记选择性上，现有的铜探针一般同时响应Cu2+和Cu+，也有一部分特异性响应Cu2+。在本文中，作者则设计了特异性响应细胞内Cu+的探针，在Cu+的激活下能够共价标记Cu+附近的蛋白来实现相关蛋白质组的研究。在探针设计上，作者首先使用醌甲基化前体和苄醚来连接荧光团和铜螯合剂。在一端螯合剂与Cu+络合后，苄醚的C-O键会被切割，释放出高活性的醌甲基化物来标记附近蛋白的高亲核性氨基酸。作者使用了两种不同的螯合剂以及两种氟甲基苯酚化合物合成了四种荧光探针及对照探针，并依次在小分子以及纯蛋白BSA上证明了探针能响应Cu+并和Cys、His、Lys偶联。作者选取了其中Cu+响应效果最好的FL-P2进行特异性研究。FL-P2具有很好的金属选择性，对Cu2+、Zn、Fe3+/Fe2+等响应较低；此外，虽然Cu+的积累往往伴随ROS的产生，但是FL-P2对ROS的响应也较低。后续，作者将FL-P2的荧光部分更换为二乙酰基荧光素得到AcFL-P2，并在活细胞内证明探针能够被细胞吸收并均匀分布。在转染铜转运受体CTR1的细胞中，外加CuCl2时，AcFL-P2能够标记多种蛋白；而在敲除铜转运ATP酶ATP7A诱导细胞铜外排失调的细胞中进一步加入Cu-gtsm化合物增加细胞内铜水平，AcFL-P2在细胞内的标记强度也明显增加。作者还在ATP7A敲除细胞及野生型细胞的混合细胞模型中进行标记，发现探针的标记信号能够区分两种信号，这暗示了探针在组织水平进行Cu+特异性标记的潜力。最后，作者通过抗荧光素抗体富集了Cu-gtsm化合物处理后ATP7A敲除细胞及野生型细胞中AcFL-P2标记的蛋白，使用LC-MS/MS进行鉴定，从中发现了许多与Cu+代谢相关的蛋白，为研究Cu+的生物学功能提供了新的数据支持。总之，本文开发了一种Cu+特异性激活的蛋白质标记探针，能够在富含Cu+的细胞中实现相关蛋白质组的标记。原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acschembio.4c00011
文章引用：doi.org/10.1021/acschembio.4c00011
