生物分子的动态化学网络的起源来自从DNA 到 RNA 再到蛋白质的单向信息流。生命的生化秩序也受生物大分子的可逆酶促翻译后修饰（PTM）的控制。像是赖氨酸的酰化/脱酰化和丝氨酸/苏氨酸/酪氨酸的磷酸化/去磷酸化，都是蛋白质可逆 PTM 的典型例子。受自然界 PTM 的启发，合成蛋白质修饰（SPM）的方法近年来正在逐渐发展，旨在通过体外反应创造新的生物材料和治疗方法，并通过体内反应了解和干预生物机制。最近，东京大学的Motomu Kanai课题组在J. Am. Chem. Soc.上报道了一种利用持久稳定的亚胺氧基自由基作为反应底物，将其与酪氨酸（Tyr）进行选择性 SPM的反应。
图片来源：J. Am. Chem. Soc.
亚胺氧基自由基可以通过单电子氧化从空间位阻的肟衍生物产生。而亚胺氧基自由基与 Tyr 的反应性则取决于肟的空间和电子需求。例如异丙基甲基哌啶肟即可与Tyr形成稳定的加合物，而叔丁基甲基哌啶肟在与Tyr结合后的反应则是可逆的。
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由此可见，仅有一个甲基的差异，就造成了两者在反应可逆性之间的差异，其主要就是由于亚胺氧基自由基的稳定性取决于肟 OH 基团的键解离能所致。不过，无论何者，它们对于Tyr 的选择性修饰都可在生理相关的温和条件下进行。
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具体而言，异丙基甲基哌啶肟可稳定地进行 Tyr 修饰，将功能性小分子引入蛋白质。而叔丁基甲基哌啶肟则可掩蔽 Tyr 残基，随后用硫醇处理即可触发解偶联，从而能够按需控制蛋白质的功能。
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有鉴于此，该研究应用了这种具有异丙基甲基哌啶肟的可逆 Tyr 修饰方法，将其用于改变酶的活性和单克隆抗体在修饰/解偶联后与抗原的结合亲和力。如此一来，蛋白质功能的按需 ON/OFF 开关将为生物研究和治疗提供独特的机会。
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参考文献：Protein Modification at Tyrosine with Iminoxyl Radicals
J. Am. Chem. Soc. 2021, jacs.1c09066
原文作者：Katsuya Maruyama, Takashi Ishiyama, Yohei Seki, Kentaro Sakai, TakayaTogo, Kounosuke Oisaki,* and Motomu Kanai*
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.1c09066
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