上海药物所JACS：开发蛋白质N端选择性的可逆修饰新策略

蛋白质的化学修饰通过模拟生物体内蛋白翻译后修饰过程，极大地促进了人们对蛋白质结构和功能特性的理解和调控，包括对于蛋白质药物的性质和功能的优化和拓展，如聚乙二醇化的蛋白质药物和抗体药物偶联物等。其中，蛋白的可逆修饰是通过对蛋白结构进行可控的笼化/脱笼过程实现其功能更精确的操纵，在可逆共价抑制剂的开发、抗体前药的设计、蛋白化学合成及蛋白的功能获得研究等多方面均有应用。

中国科学院上海药物研究所黄蔚（点击查看介绍）课题组长期从事多肽蛋白质药物相关的研究，致力于发展新颖、实用的修饰新方法，助力多肽蛋白质药物的开发（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202401394; Nat. Commun. 2023, 14, 7169; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202204132; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 19940）。在前期工作基础上，黄蔚课题组联合黄河（点击查看介绍）课题组基于钯催化的肉桂基化反应在蛋白N端独特的反应特性，首次发展了一种通用的蛋白N端可逆修饰策略，拓展了蛋白可逆修饰的化学空间，为相应的化学生物学研究和药物设计提供了思路（图1）。

图1. 蛋白质可逆修饰的化学策略

该研究中，研究人员发现在生理pH条件下钯催化肉桂基化反应对于多肽N端α-NH₂具有独特的反应性，验证了N端20种天然氨基酸侧链（除半胱氨酸外）在该体系中的兼容性，实现了对多种药用肽、蛋白、纳米抗体的结构修饰。同时，研究人员发现该方法对于曲妥珠单抗的N端修饰表现优秀，优于目前广泛使用的基于吡啶甲醛的N端修饰方法，揭示出该方法在复杂蛋白底物改造中的潜力。基于修饰后的曲妥珠单抗，研究人员方便地制备了位点特异性的抗体药物偶联物和抗体荧光素偶联物，并进行了相应的生物学表征（图2）。

图2. 抗体N端选择性修饰及抗体偶联物的制备

进一步，研究人员发现，修饰后的肉桂基团在钯催化剂和1,3-二甲基巴比妥酸的条件下可以被高效地脱除，释放出原型多肽或蛋白分子，这一脱除过程同样兼容N端20种天然氨基酸。基于这一可逆的修饰过程，研究人员实现了对于抗体亲和力的调控和细胞裂解液中蛋白的无痕富集，为相应的抗体前药的设计和蛋白组学研究提供了参考（图3）。

图3. 蛋白N端可逆修饰及其应用

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是国科大杭高院博士毕业生林曾和上海药物所助理研究员刘博（现为芝加哥大学博士后），通讯作者为上海药物所黄蔚研究员、黄河研究员、刘博博士。本研究得到了国家重点研发计划项目、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金、上海市“扬帆计划”、中国科学院特别研究助理项目、中国博士后科学基金、杭州创新创业领导团队项目及临港实验室等项目的基金支持。

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Controlled Reversible N‑Terminal Modification of Peptides and Proteins

Zeng Lin,^⊥ Bo Liu,*,^⊥ Mengru Lu, Yongqin Wang, Xuelian Ren, Zhaoxi Liu, Caili Luo, Wei Shi, Xiangman Zou, Xiaohan Song, Feng Tang, He Huang,* and Wei Huang*

J. Am. Chem. Soc. 2024, DOI: 10.1021/jacs.4c04894

导师介绍

黄蔚

https://www.x-mol.com/university/faculty/36597 

黄河

https://www.x-mol.com/university/faculty/211712