蛋白质的位点选择性化学修饰在化学生物学、材料科学和医学领域中发挥着重要作用。通过化学修饰技术,可以在不改变蛋白质基因序列的前提下赋予其新功能,促进基础生物学研究和新型治疗方法的开发。与传统的重组表达方法相比,这些修饰技术能够将非遗传编码的功能基团结合到蛋白质上,从而生成具有新型特性的蛋白质结合物。
目前单一位点修饰的蛋白质已无法满足现代科学研究的需要,因此双重和多重修饰技术已受到越来越多的关注。例如,将两种不同的药物或成像试剂结合到抗体上,可以克服单一修饰的局限性,但目前实现双重位点选择性修饰仍面临着巨大挑战。 化学修饰是获得多位点修饰的主要途径,特别是针对蛋白质中天然氨基酸侧链,如半胱氨酸和赖氨酸进行修饰。虽然这些方法简单并已得到广泛应用,但在选择性和修饰控制方面仍面临着挑战。为了实现双重修饰,研究人员开发了许多结合多个反应位点的修饰策略,如使用化学合成架构进行修饰,这些方法虽然有效,但仍存在着选择性的问题。 酶促修饰是另一种有前景的双重修饰策略,目前已报道了关于Sortase、肽天冬酰胺连接酶(PALs)和微生物转谷氨酰胺酶(MTGase)等一些酶促修饰方法,这些酶能够精确识别特定的氨基酸序列并催化蛋白质的修饰反应,具有较高的化学选择性和位点选择性,是实现精准蛋白质修饰的重要工具。 此外,还有通过在蛋白质中引入非天然氨基酸(UAA)来实现位点特异性修饰的方法。这种方法利用遗传密码扩展技术(GCE)或选择性压力插入(SPI)技术,将带有特异基团的UAA插入蛋白质中,能够更精确地在蛋白质内部位点进行化学修饰,但这些方法也面临选择性和效率等方面的挑战。 尽管多功能修饰在提升蛋白质功能方面具有重要意义,但技术难度很高,并且对修饰位点具有严格的化学选择性要求。此外,由于这些方法在复杂生物环境中的稳定性和反应兼容性尚未完全得到解决,使得这些方法目前只能在体外显示出应用潜力,在活细胞中的应用仍受到限制。 综上所述,随着生物正交化学、基因工程技术和人工智能的进步,蛋白质的双重和多重修饰工具将进一步得到发展,未来有望在活细胞中实现这些修饰技术,这将对精准医学、精准医疗等领域的发展发挥重要作用。 论文信息 Recent Toolboxes for Chemoselective Dual Modifications of Proteins Yiping Zhao, Tianmeng Zhang, Yujie Zhu, Juan Yin, Rida Omer, Xinya Hemu, Wenyi Li, Xiaobao Bi Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202402272