新型水溶性“唑啉铵”可选择性修饰肽和蛋白的赖氨酸残基

       赖氨酸在人体蛋白质组中的丰度较高（5.9%），参与了蛋白-蛋白相互作用、酶催化活性和翻译后修饰等重要的生理功能。许多蛋白质活性位点附近都存在着赖氨酸残基，相对保守不易发生突变。因此，生理环境下对靶蛋白的赖氨酸残基进行位点选择性修饰的方法在药学领域应用前景广阔。

       通常赖氨酸的ε-氨基在生理环境中易于质子化，故在生理条件下对靶蛋白的赖氨酸残基进行共价修饰极具挑战。近年来，国内外报道了几种可用于赖氨酸的共价修饰剂，如硫(VI)氟化物、活化酯、N-酰基或N-烷基磺酰胺、迈克尔受体和醛等，但普遍水溶性较差，而且反应性高，往往存在选择性和毒性等方面的问题。到目前为止，尚未见任何基于赖氨酸共价修饰合理设计的药物上市。因此，业界迫切需要开发出具有良好选择性、水溶性和低毒性的赖氨酸共价修饰剂，以满足各种生物医学应用的需求。

       近日，中国科学院上海药物研究所李波副研究员和朱维良研究员联合上海中医药大学葛广波教授，基于团队之前开发的正丁醇溶液中伯氨基修饰方法，设计并开发了一类新型水溶性“唑啉铵”（Zolinium），成功实现了在无添加任何催化剂的生理环境下选择性修饰肽和蛋白的赖氨酸残基，计算模拟了该选择性修饰的机制，并进一步应用于绘制活细胞蛋白的赖氨酸修饰谱，相关研究工作于近期发表于J. Med. Chem.杂志。

       该研究表明，这种新型的水溶性唑啉铵化合物能够选择性地修饰肽类药物如普拉莫林衍生物、奥曲肽和索玛鲁肽主链的赖氨酸残基，以及牛血清白蛋白的K350和SARS-CoV-2 3CLpro的两个高度保守的赖氨酸残基（K5和K61），且SARS-CoV-2 3CLpro因发生赖氨酸共价修饰而被灭活。

       在细胞水平，该唑啉铵还可以用于绘制活细胞中赖氨酸修饰的蛋白质谱，且带有唑啉铵弹头的荧光分子能够对亚细胞器（例如溶酶体）进行成像。蛋白池实验表明，位点选择性修饰主要发生于疏水或催化活性口袋中，并且可能受邻近氨基酸残基阴离子的影响而增强。

       此外，八种不同氨基酸、带有潜在反应残基的不同肽的混合物修饰实验表明，新型水溶性唑啉铵在肽和蛋白质的赖氨酸喹啉基化过程中选择性好、对各种官能团具有良好的耐受性。量子化学计算结果表明，相对于各种氨基酸残基上的其它反应性基团，赖氨酸ε-氨基与唑啉铵的反应具有最低的自由能垒，揭示该类唑啉铵共价修饰赖氨酸的化学选择性是由反应自由能垒控制的。

       由于唑啉铵的喹啉环可被进一步修饰而得到各种衍生物，有望在特定用途的肽和蛋白质以及活细胞水平上的蛋白赖氨酸修饰研究领域中发挥重要作用。

 

Sherry