我科学家为活细胞蛋白质安装“调控开关”

    本报北京5月9日电（记者晋浩天）北京大学化学与分子工程学院、合成与功能生物分子中心陈鹏课题组与王初课题组，8日在《自然》杂志在线发表题为《基于邻近脱笼技术的活体内蛋白质瞬时激活》的研究论文，报道了两个课题组合作发展的一种在活体环境下瞬时激活蛋白质的化学生物学新技术。

    在活细胞等生理环境下开展蛋白质功能的原位研究具有重要的科学意义。陈鹏课题组长期致力于发展蛋白质的原位激活技术，希望为活细胞内的每一个蛋白质安装“调控开关”。最近，他们与王初课题组展开合作，提出并发展了一种蛋白质“邻近脱笼”策略，将可遗传编码的非天然氨基酸脱笼技术与计算机辅助设计筛选技术相结合，在一系列不同种类的蛋白质上实现了高时间分辨的原位激活，为在活细胞及活体动物内研究蛋白质的动态调控机制提供了一种普适性技术。利用这一被命名为CAGE-prox的新方法，他们建立并验证了“激酶正交激活和信号转导调控”“时间分辨的蛋白质组学分析”“基于毒素蛋白的抗肿瘤蛋白前药”等一系列原创应用，展示了这一化学生物学新技术在开展蛋白质动态功能研究与调控中的优势和特色。

    陈鹏课题组先前提出的“化学脱笼”策略，可通过对蛋白质关键残基的化学保护和脱保护反应，实现对其活性的“关－开”调控。利用这一技术，他们先后在赖氨酸、酪氨酸等天然氨基酸侧链上实现了生物正交断键反应和化学脱笼，开展了激酶等蛋白质家族的特异激活和机制研究。由于细胞内蛋白质的种类繁多、活性调控机制各异，目前该方法仍受可供脱笼的氨基酸种类限制，无法适用于所有蛋白质。

    为了解决这一问题，陈鹏课题组与王初课题组合作提出了“邻近脱笼”的新策略，通过向蛋白质活性中心附近引入一种带有光保护基团的非天然酪氨酸，可同样实现对其活性的远程干扰和抑制；随后通过“光脱笼”反应将保护基团移除，使其活性重新恢复。由于在蛋白质活性口袋附近插入非天然酪氨酸后能够通过影响蛋白稳定性、底物结合等多种因素调控蛋白质活性，该策略将原有的“活性位点脱笼”转变为“活性口袋脱笼”，极大地扩展了该方法的适用范围。

    中科院院士、北京大学医学部教授张礼和表示，陈鹏课题组此前率先利用基于生物正交断键反应的化学脱笼策略，结合遗传密码子拓展技术，实现了在蛋白质催化位点的生物正交脱笼，进而原位激活其功能。在最新的工作中，陈鹏课题组与北大王初课题组合作，进一步提出并发展了“邻近脱笼”的新策略，利用计算机辅助设计与筛选，将蛋白质脱笼技术的适用范围从催化位点拓展至整个活性口袋，获得了具有广泛适用性的蛋白质激活新方法。该工作是化学生物学领域的一项重要进展，为在活细胞及活体动物内开展蛋白质动态功能研究提供了关键技术，也为生物正交反应开拓了新的前沿方向。

    据悉，北京大学前沿交叉学科研究院博士毕业生王杰、化学与分子工程学院博士后刘源、研究生刘衍军为该论文共同第一作者，陈鹏教授和王初研究员为本文的共同通讯作者。该项工作得到了国家自然科学基金委、科技部、教育部、北京分子科学国家研究中心和北大—清华生命科学联合中心的资助。