分享一篇发表在Nature上的文章，文章的题目是“Oxidative cyclization reagents reveal tryptophan cation–π interactions”，通讯作者是来自美国加州大学伯克利分校的Christopher J Chang教授和F. Dean Toste教授，Christopher J. Chang教授的研究方向包括成像、蛋白质组学、药物发现和催化；F. Dean Toste教授的研究方向是开发金催化的方法学并将其用于天然产物的全合成。
目前研究者已经开发了许多针对半胱氨酸和赖氨酸残基的标记方法，但相比之下，色氨酸残基的标记方法较少，生理条件下进行化学选择性色氨酸生物偶联反应的主要障碍是其在中性pH下较弱的亲核性。为了解决这一挑战，作者报告了一种称为Trp-CLiC的氧化还原方法，该方法模拟了吲哚类生物碱生物合成途径中的氧化环化反应，以实现从肽、蛋白质到蛋白质组的选择性和快速色氨酸功能化。作者展示了这种方法在色氨酸特异性生物偶联中的广泛应用，包括系统地识别参与阳离子-π相互作用的色氨酸残基，并破译这些功能相互作用的翻译后修饰或突变如何调节或破坏蛋白质介导的相分离过程。基于氮氧烷羰基恶氮嘧啶对甲硫氨酸的选择性偶联，作者希望在此基础上开发色氨酸的标记方法，通过计算和筛选，作者发现氮磺酰基氧杂吖丙啶有较高的反应效率，进一步优化取代基后得到选择性90%左右的Ox-W18探针，大部分产生环状吲哚加成物。测得的反应常数和传统的点击化学反应相当。后续，作者分别在多肽、蛋白质和蛋白质组中进行色氨酸标记，作者在多肽GLP-1上10 min内即可以82%的产率生成环加成产物。在模型蛋白IL-8和溶菌酶中，作者通过荧光标记等技术展示了色氨酸的选择性标记，其中溶菌酶中包括六种不同的色氨酸残基，作者发现不同的位点有不同的标记效率，且和溶剂可及性密切相关，表明此方法优先标记表面暴露的色氨酸残基。随后，作者在裂解液中进行全蛋白组标记，证明标记色氨酸的高选择性，作者从591个探针修饰的蛋白质中鉴定出906个独特的高活性色氨酸位点，并通过免疫印迹验证了靶蛋白上色氨酸的标记，其中许多靶点在相分离区室中高度富集。作者发现探针修饰的色氨酸可能参与阳离子-π互作或位于无序区，表现出高溶剂暴露倾向。基序分析揭示了WxxxK的序列偏好性，其中赖氨酸的阳离子能够与吲哚色氨酸环形成阳离子-π互作，从而稳定表面暴露但疏水的色氨酸。作者以NONO蛋白为例，证明了探针修饰的色氨酸W271介导液液相分离的形成。此外，在594个鉴定的蛋白内阳离子-π对中，作者发现311个色氨酸位点与赖氨酸形成阳离子-π相互作用，其中80%的赖氨酸残基被报道发生酰化等翻译后修饰。在此背景下，作者研究了这些涉及色氨酸的阳离子-π相互作用是否可以通过翻译后修饰进行功能调节。作者以核仁支架蛋白NPM1为例，发现标记到的两个色氨酸残基可以形成赖氨酸-色氨酸阳离子-π互作，且酰化修饰导致蛋白定位和相分离改变，表明阳离子-π相互作用可以调节蛋白质相分离和定位。总之，Trp-CLiC方法的速度、选择性和通用性为在蛋白质和蛋白质组水平上识别和破译功能性色氨酸位点提供了更多可能，并为靶向治疗干预提供了新的工具。原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07140-6文章引用：10.1038/s41586-024-07140-6
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