Angew. Chem.：理性设计无定形态相变蛋白质探针

蛋白质需要折叠成特定的三维结构才能行使其正确的生理功能。基因突变、外界压力等会导致蛋白质的错误折叠和聚集，并伴随多种神经退行性疾病、代谢紊乱以及淀粉样心肌病等。聚集态的蛋白质根据其形貌特征和生化性质可分为淀粉样聚集态和无定形聚集态。通过化学方法靶向、标记、区分这些不同形态的聚集态蛋白质对于此类疾病的机理研究、诊断和治疗至关重要。

目前发展的蛋白质相变探针大多数靶向于胞外具有特定结构的淀粉样聚集态。细胞内无定形聚集态的蛋白质由于缺乏清晰的结构信息，极大地增加了此类相变蛋白质探针分子的设计难度。目前，系统性研究如何设计胞内无定形聚集态蛋白质探针的工作鲜有报道。

近日，中国科学院大连化学物理研究所刘宇研究员、朴海龙研究员以及山东大学刘晓静教授团队合作，在其前期工作（Anal. Chem., 2021, 93, 1717-1724; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 11335-11343）的基础上，基于晶体聚集诱导发光骨架二氰基异氟尔酮（DCI），系统性地研究了分子结构与荧光之间的构效关系，理性调控探针分子的环境敏感度、结合效力、荧光颜色以及胞内成像的信噪比等性质（图1），总结了此类探针的设计与调控方案。

图1. (a) 无定形相变蛋白质探针的设计；(b) 结构改造调控探针分子环境敏感度、荧光颜色以及胞内成像的信噪比。

团队首先研究了给电子基团部分对于分子荧光敏感度的影响，总结出对二甲氨基苯基结构可以提高探针分子对于极性和粘度的敏感度，同时对于靶向识别无定形聚集态蛋白至关重要；吸电子官能团通过改变HOMO-LUMO能量差，调控探针分子发射波长；探针分子的两亲性调控影响其胞内成像的信噪比（图2）。

图2. (a) 调控吸电子官能团；(b) D1-D6在探测蛋白聚集态时具有不同的发射波长；(c) 探针分子两亲性调控；(d) 探针在活细胞内荧光背景。

最终，该文通过优化后的探针，观察了细胞在不同压力刺激下，胞内蛋白质组所产生的聚集态具有不同的形貌特征和位置分布。该工作系统阐释了无定形蛋白聚集态探针的理性设计方案，为该领域设计成像探针、质谱探针和药物分子提供了新的策略。

图3. (a) 蛋白质稳态系统及其小分子调节剂；(b) HEK293T细胞和HeLa细胞在不同蛋白质稳态调节剂作用下的成像。

这一成果近期发表于Angewandte Chemie International Edition上，文章的通讯作者是中国科学院大连化学物理研究所刘宇研究员。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Rational Design of Crystallization Induced Emission Probes to Detect Amorphous Protein Aggregation in Live Cells

Di Shen, Wenhan Jin, Yulong Bai, Yanan Huang, Haochen Lyu, Lianggang Zeng, Mengdie Wang, Yuqi Tang, Wang Wan, Xuepeng Dong, Zhenming Gao, Hai-Long Piao, Xiaojing Liu, Yu Liu*

Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202103674

导师介绍

刘宇

https://www.x-mol.com/university/faculty/298960 

朴海龙

https://www.x-mol.com/university/faculty/202279