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Chem. Eur. J. :利用同构荧光核苷实时监控核糖体失活蛋白的RNA脱嘌呤进程

核糖体失活蛋白(Ribosome-inactivating Proteins, RIPs)是一类广泛存在于植物体的毒素蛋白。这类蛋白通常作用于核糖体上一个高度保守的茎环结构使其水解脱去其中特定的腺嘌呤,从而抑制核糖体功能,导致细胞内蛋白质合成受阻。核糖体失活蛋白在抗动植物病毒,抗肿瘤等众多医疗方面有着潜在的应用前景。然而研究核糖体失活蛋白的活性通常需要终止其脱嘌呤反应,因此大部分方法不利于用于实时监测酶反应活性和快速筛选核糖体失活蛋白的潜在抑制剂。为了解决这一问题,美国加州大学圣地亚哥Yitzhak Tor课题组报道了一种通过一系列酶催化反应,将同构荧光鸟嘌呤核苷定点引入到核糖体失活蛋白的底物上,利用其荧光特性以及相对于天然鸟嘌呤的同构性,进而通过监控荧光强度的变化,从而实现实时监控核糖体失活蛋白的脱嘌呤进程。


Yitzhak Tor 课题组利用具有荧光特性的两种不同的同构性鸟嘌呤(tzG, thG),设计了对核糖体失活蛋白的有荧光响应的发夹RNA(Hairpin RNA)。为了减少繁琐的有机合成步骤,该课题组利用T7 RNA 聚合酶,T4 激酶,T4连接酶等一系列酶催化反应,成功将两种荧光鸟嘌呤(tzG, thG)定点引入到脱嘌呤的邻位位点上。这种酶催化的合成反应条件温和,高效,适用于单一引入荧光核苷到特定位置(图1)。

图1:酶催化反应合成荧光修饰发夹RNA示意图

针对不同底物的动力学以及核糖体失活蛋白作用位点的分析,tzG和thG替代的发夹RNA都会对核糖体失活蛋白的脱嘌呤过程产生荧光响应,而且动力学常数(kapp)与磷32同位素标记(32P)监控得到的动力学常数相近(图二)。然而对于核糖体失活蛋白的脱嘌呤位点,tzG替代的发夹RNA保持着跟天然发夹RNA一致,而thG替代的发夹RNA作用位点从第十五号腺嘌呤转移到了第九号腺嘌呤(图三),这表明了不同结构的荧光核苷引入会影响原始的天然发夹RNA的折叠以及核糖体失活蛋白的识别特性,从而导致了不同的脱嘌呤产物。

图2:修饰的发夹RNA荧光强度变化对核糖体失活蛋白脱嘌呤过程动力学实验。A. tzG 修饰发夹RNA。B. thG 修饰发夹RNA。C. tzG发夹RNA 反应动力学拟合。D. thG发夹RNA反应动力学拟合。

图3:修饰的发夹RNA与核糖体失活蛋白反应过程

该荧光修饰的核糖失活蛋白底物可以实现实时监控脱嘌呤进程,而且步骤简单,省时高效,适用于快速筛选核糖体失活蛋白的抑制剂。该荧光底物的构建对于帮助核糖体失活蛋白在抗病毒,抗菌,抗肿瘤等方面领域具有潜在的意义。

文信息

Isomorphic Fluorescent Nucleosides Facilitate Real-Time Monitoring of RNA Depurination by Ribosome Inactivating Proteins

Deyuan Cong, Dr. Yao Li, Paul T. Ludford III, Prof. Dr. Yitzhak Tor

美国加州大学圣地亚哥Yitzhak Tor课题组丛德源为第一作者,Yitzhak Tor 博士为通讯作者


Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202200994


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