蛋白偶联标记的策略选择-上海纳孚生物科技有限公司

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Nat Chem Bio | 蛋白偶联标记的策略选择

回顾一篇由UCB LBNL的Nichloas Stephanopoulos与Matthew B Francis共同撰写的在2011年发表于Nature Chemical Biology的文章，题目为“Choosing an effective protein bioconjugation strategy”。本文截止2020-08-07，已被引320次，为高被引论文。文章总结了化学的与生物的标记蛋白的策略方法，并给出了决策树。

策略I：几乎所有蛋白表面具有多个Lys，可高效的对蛋白进行标记，但修饰数量、位点是不可预知的。

策略II：一些抗体、骨架蛋白、分泌蛋白或天然状态分离得到的蛋白，可在Trp处与金属有机化合物反应偶联；Tyr残基的酚羟基为第一类定位基，可通过曼尼希反应、重氮盐进行标记。该策略需要针对具体蛋白进行小分子化合物的开发，耗时费力，蛋白结构已知可辅助化合物的筛选开发。

策略III：(外源)表达蛋白可定点突变引入Cys，Cys在绝大多数蛋白中的丰度较低(第二稀有氨基酸)。可利用马来酰亚胺(NEM)、碘乙酰胺(IAA)、乙烯基亚砜、丙烯酰胺进行烷基化标记，也可利用巯基形成二硫键的性质捕获。需要注意的是，NEM、IAA也可标记Lys，因此需要质谱验证修饰位点是否为Cys。

策略IV：一些蛋白的催化活性中心位点是Cys，不能使其烷基化失活；此外，人为引入的Cys可能形成额外的二硫键改变蛋白构象。此时需考虑采用与策略II类似的方法，结合蛋白来源可定点突变引入新的Tyr、Trp等，N端的Trp可发生Pictect-Spengler反应。

策略V：ABP探针。

策略VI：蛋白C端具有硫酯结构可通过自然化学连接(NCL)，在生物兼容条件下与半胱氨酸衍生物反应偶联标记。若蛋白C端具有CaaX基序(RAS)，可通过法尼烯焦磷酸等衍生物，利用法尼烯脂转移酶进行偶联标记。

策略VII：利用非天然氨基酸引入酮、叠氮、炔烃、苯胺等基团，利用生物正交化学进行二次反应标记蛋白；也可引入荧光基团、光交联基团、光化学转化基团进行蛋白标记。

策略VIII & IX：较成熟的生物学方法。

本文已经发表接近十年，生物正交化学反应、ABP探针与非天然氨基酸的开发与应用有了更多发展，质谱、核磁等分析技术的进步使得许多新方法成为可能，但仍需注意的是，对蛋白等生物大分子的标记技术依旧是不深刻的，在面对具体蛋白的标记时，具体策略选择不一定按文中思路进行。