基于甲硫氨酸残基的蛋白质官能团化平台

     大自然具有显著的蛋白质选择性翻译后修饰的能力，因此能够显著提高其功能的多样性。受此启发，发展可用于蛋白质结构与功能合成修饰的化学工具对于化学生物学，分子生物学的持续发展具有重要意义。但是有效的化学转化的方法是有限的，因为生物体系固有的严格要求。例如，这些反应需选择性得在蛋白的某一个位点上反应，反应速率快，可在生物条件下操作，以近乎完美的转换率提供均质的产物。尽管已经有一些生物连接的方法应用于半胱氨酸，赖氨酸和酪氨酸，开发应用于较少研究的氨基酸修饰方法将显著拓展蛋白质官能团化工具箱。

     甲硫氨酸在蛋白质中的丰度较低，除了主要用于负责保护蛋白质免受氧化应激的损害，其功能有限，这意味着其官能团化不太可能损害蛋白质的功能。迄今为止只有一种有效的甲硫氨酸生物连接的方法被报道，即用氧氮杂环丙烷试剂对硫醚进行氧化生成稳定与蛋白质结合的亚砜亚胺结构，在本篇文章中，作者的目的为使用合适的亲电试剂与可极化的甲硫氨酸侧链的硫醚键形成阳离子硫物种，在甲硫氨酸残基出安装多功能负载基团，从而用于不同的生物连接方法。甲硫氨酸残基与溴化氰反应生成氰基取代的阳离子硫物种不稳定，会导致蛋白质骨架裂解。另外，使用碘乙酰胺或苄基取代的亲电试剂可以形成相对稳定的三烷基取代的阳离子硫物种，但是其反应速度相对较慢，难以在阳离子硫物种的稳定性与反应条件兼容性与反应速率间达到平衡，发展受阻。受此启发，作者假设基于高价碘骨架的亲电试剂或许可以完成甲硫氨酸的功能生物连接过程，调整I（III）原子上的取代基和抗衡离子调整I（III）的极性，与硫醚的孤对电子选择性连接，通过调节直接连接阳离子硫物种的基团电性，稳定阳离子硫物种。作者首先检测了二肽2a和三氟甲磺酸碘鎓1a之间的反应，因为碘鎓盐在水溶液中稳定性差，产率较低仅为27%。通过，调整碘鎓盐的芳基（使用缺电的2,4-二氟苯）与四氟硼酸盐取代三氟甲磺酸得到1b，显示出较长的半衰期。随后作者转向更复杂的底物GLP-1受体激动剂艾塞那肽，发现通过加入低浓度的硫脲，TEMPO和甲酸可以进一步优化反应，ESI-MS和MS / MS数据显示该反应实现了甲硫氨酸的选择性标记。

       作者随后进一步使用优化的条件拓展了底物范围。最后作者探索了他们预期的甲硫氨酸衍生的加合物的多方面反应性。重氮硫加合物的亲电性使作者自然想到了研究可见光催化的针对该底物的单电子转移化学。单电子对化合物4的加成得到中间体15，随后断裂C-N2键得到自由基叶立德中间体15’，紧接着作者通过两种途径探索了15’的反应性，化合物13Hantzsch酯还原15’得到更稳定的蛋白质加合物。使用C-4苄基化Hantzsch酯衍生物可以得到苄基取代的蛋白质衍生物。

      总之，作者报道了一种基于甲硫氨酸残基的化学选择性标记的蛋白质功能化方法。通过与高价碘试剂的亲电反应，可以选择性的靶向甲硫氨酸侧链中的S-Me基团。该生物连接方法选择性高，反应速度快，可在低微摩尔浓度下进行，与现有的生物连接策略互补。此外，该反应产生的蛋白质加合物是具有良好反应性的高能中间体，可用于进一步开发可见光介导的生物正交蛋白质官能团化反应。这些方法的组合使用为从天然圣物大分子到合成多种蛋白质加合物提供了良好的平台。