化學(xué)與分子工程學(xué)院陳鵬課題組報道活體動物中的生物正交新反應(yīng)

時間：2016-05-19 10:39  作者：化學(xué)與分子工程學(xué)院  來源：

　　生物正交反應(yīng)（Bioorthogonal reaction）是指能夠在活體環(huán)境下進行的化學(xué)反應(yīng), 對生命科學(xué)的基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用都具有重要意義。北大化學(xué)與分子工程學(xué)院陳鵬課題組長期致力于發(fā)展活細胞上的生物正交反應(yīng)，并在最近提出了“生物正交斷鍵 反應(yīng)（Bioorthogonal bond-cleavage reaction）”這一該領(lǐng)域的全新概念（Nat. Chem. Biol. 2016，12，129-137）。例如，他們之前開發(fā)了由 “逆電子需求的狄爾斯-阿爾德反應(yīng)（invDA）”介導(dǎo)的生物正交斷鍵策略，具有反應(yīng)速率快、特異性強、活體兼容性好等特點，已被用于活細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的激活（Nat. Chem. Biol. 2014，10，1003-1005）。在最新的進展中，他們將該反應(yīng)首次拓展至小鼠體內(nèi)，并實現(xiàn)了蛋白激酶的特異激活。相關(guān)工作以“Bioorthogonal Chemical Activation of Kinases in Living Systems”為題發(fā)表在ACS Central Science雜志上。

　　蛋白激酶在細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中扮演了極為關(guān)鍵的角色。實現(xiàn)激酶活性的可控操縱，尤其是高選擇性的、功能獲得性的調(diào)控，將極大地增強研究特定激酶性質(zhì)的能 力。到目前為止，人們僅有幾種可用的激酶激活策略，而這些方法要么需要繁瑣的蛋白質(zhì)設(shè)計和改造，要么僅適用于少數(shù)激酶，不具普適性。更為重要的是，目前尚 缺乏一種適用于活體動物的激酶激活技術(shù)。

　　在本工作中，陳鵬課題組利用遺傳密碼子拓展的方法，在活細胞中將反式環(huán)辛烯保護的賴氨酸（TCOK）引入目標(biāo)激酶的關(guān)鍵賴氨酸位點，使表達的激酶不 具有活性。隨后，通過加入二甲基四嗪（Me2Tz）分子誘導(dǎo)斷鍵反應(yīng)的發(fā)生，該關(guān)鍵賴氨酸可被原位釋放，使激酶活性得以恢復(fù)。在文章中，他們通過該策略成 功激活了MEK1激酶、FAK激酶以及Src激酶的癌癥突變體，展示了該策略在不同家族激酶成員中的普適性。

　　他們還進一步將該策略拓展到活體動物體系，通過將表達有目的蛋白質(zhì)的細胞皮下注射到小鼠體內(nèi)，隨后從尾靜脈注射二甲基四嗪試劑，能夠有效激活螢火蟲熒光素酶（fLuc）以及Src激酶等靶標(biāo)。實驗結(jié)果表明，這一生物正交斷鍵策略可在活體動物中實現(xiàn)快速和高效的蛋白質(zhì)激活。

　　這一突破將生物正交斷鍵反應(yīng)成功地拓展到了活體動物內(nèi)。近日，美國化學(xué)會的《化學(xué)與工程新聞》周刊（Chemical & Engineering News）以“New technique turns on specific kinases in mice”為題對這一工作進行了專題報道。激酶及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究領(lǐng)域的權(quán)威、約翰·霍普金斯大學(xué)教授Philip A. Cole在報道中評價這一工具“可在復(fù)雜環(huán)境中調(diào)控激酶活性”。

　　今后陳鵬課題組擬利用這一策略廣泛研究激酶信號轉(zhuǎn)導(dǎo)問題，以期深入理解疾病與激酶活性的關(guān)系。北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合 中心2012級博士研究生張功和化學(xué)與分子工程學(xué)院2015屆博士畢業(yè)生李劼是該論文的共同第一作者。相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、教育 部、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。

　　ACS Central Science雜志是美國化學(xué)會于2015年創(chuàng)刊的一本開源雜志，由斯坦福大學(xué)教授Carolyn R. Bertozzi擔(dān)任主編，以化學(xué)為中心學(xué)科，致力于發(fā)表化學(xué)與其他學(xué)科交叉領(lǐng)域的高端研究成果。