北京大學化學與分子工程學院、合成與功能生物分子中心陳鵬課題組與王初課題組，8日在《自然》雜志在線發(fā)表題為《基于鄰近脫籠技術(shù)的活體內(nèi)蛋白質(zhì)瞬時激活》的研究論文，報道了兩個課題組合作發(fā)展的一種在活體環(huán)境下瞬時激活蛋白質(zhì)的化學生物學新技術(shù)。

在活細胞等生理環(huán)境下開展蛋白質(zhì)功能的原位研究具有重要的科學意義。陳鵬課題組長期致力于發(fā)展蛋白質(zhì)的原位激活技術(shù)，希望為活細胞內(nèi)的每一個蛋白質(zhì)安裝“調(diào)控開關(guān)”。最近，他們與王初課題組展開合作，提出并發(fā)展了一種蛋白質(zhì)“鄰近脫籠”策略，將可遺傳編碼的非天然氨基酸脫籠技術(shù)與計算機輔助設(shè)計篩選技術(shù)相結(jié)合，在一系列不同種類的蛋白質(zhì)上實現(xiàn)了高時間分辨的原位激活，為在活細胞及活體動物內(nèi)研究蛋白質(zhì)的動態(tài)調(diào)控機制提供了一種普適性技術(shù)。利用這一被命名為CAGE-prox的新方法，他們建立并驗證了“激酶正交激活和信號轉(zhuǎn)導調(diào)控”“時間分辨的蛋白質(zhì)組學分析”“基于毒素蛋白的抗腫瘤蛋白前藥”等一系列原創(chuàng)應(yīng)用，展示了這一化學生物學新技術(shù)在開展蛋白質(zhì)動態(tài)功能研究與調(diào)控中的優(yōu)勢和特色。

陳鵬課題組先前提出的“化學脫籠”策略，可通過對蛋白質(zhì)關(guān)鍵殘基的化學保護和脫保護反應(yīng)，實現(xiàn)對其活性的“關(guān)-開”調(diào)控。利用這一技術(shù)，他們先后在賴氨酸、酪氨酸等天然氨基酸側(cè)鏈上實現(xiàn)了生物正交斷鍵反應(yīng)和化學脫籠，開展了激酶等蛋白質(zhì)家族的特異激活和機制研究。由于細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的種類繁多、活性調(diào)控機制各異，目前該方法仍受可供脫籠的氨基酸種類限制，無法適用于所有蛋白質(zhì)。

為了解決這一問題，陳鵬課題組與王初課題組合作提出了“鄰近脫籠”的新策略，通過向蛋白質(zhì)活性中心附近引入一種帶有光保護基團的非天然酪氨酸，可同樣實現(xiàn)對其活性的遠程干擾和抑制;隨后通過“光脫籠”反應(yīng)將保護基團移除，使其活性重新恢復。由于在蛋白質(zhì)活性口袋附近插入非天然酪氨酸后能夠通過影響蛋白穩(wěn)定性、底物結(jié)合等多種因素調(diào)控蛋白質(zhì)活性，該策略將原有的“活性位點脫籠”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;活性口袋脫籠”，極大地擴展了該方法的適用范圍。

中科院院士、北京大學醫(yī)學部教授張禮和表示，陳鵬課題組此前率先利用基于生物正交斷鍵反應(yīng)的化學脫籠策略，結(jié)合遺傳密碼子拓展技術(shù)，實現(xiàn)了在蛋白質(zhì)催化位點的生物正交脫籠，進而原位激活其功能。在最新的工作中，陳鵬課題組與北大王初課題組合作，進一步提出并發(fā)展了“鄰近脫籠”的新策略，利用計算機輔助設(shè)計與篩選，將蛋白質(zhì)脫籠技術(shù)的適用范圍從催化位點拓展至整個活性口袋，獲得了具有廣泛適用性的蛋白質(zhì)激活新方法。該工作是化學生物學領(lǐng)域的一項重要進展，為在活細胞及活體動物內(nèi)開展蛋白質(zhì)動態(tài)功能研究提供了關(guān)鍵技術(shù)，也為生物正交反應(yīng)開拓了新的前沿方向。

據(jù)悉，北京大學前沿交叉學科研究院博士畢業(yè)生王杰、化學與分子工程學院博士后劉源、研究生劉衍軍為該論文共同第一作者，陳鵬教授和王初研究員為本文的共同通訊作者。該項工作得到了國家自然科學基金委、科技部、教育部、北京分子科學國家研究中心和北大—清華生命科學聯(lián)合中心的資助。