介绍一篇发表在JACS上的文章“Examination of a Chimeric Bis-Electrophile for Selective DNA–Protein Cross-Linking and Mechlorethamine Reveals an Unknown Source of Nitrogen Mustard Cytotoxicity”。本文通讯作者是来自约翰霍普金斯大学的Marc M. Greenberg，课题组的主要研究方向是利用有机化学、生物化学和分子生物学来理解核酸的反应性和结构。

DNA-蛋白质交联（DPC）是重要的细胞毒性病变，由于目前仍缺乏绕过DNA-DNA 链间交联（ICL）选择性产生这类交联的外源性诱导药物，使其在细胞中的研究变得较为困难。在本文中，作者旨在探索DNA-蛋白质交联（DPC）的细胞毒性机制，并开发一种能够选择性诱导DPC而非ICL的新型化学探针，以便更清晰地研究DPC在细胞中的生物学效应与修复机制。

作者设计合成了嵌合双功能亲电试剂MEBAC（mechlorethamine benzaldehyde chimera），该分子融合了氮芥（2-氯乙胺）和赖氨酸选择性反应基团（邻乙炔基苯甲醛，EBA），以实现DNA烷基化后优先与蛋白质赖氨酸形成DPC，是本文研究的核心及主要突破点。

在表征环节，作者比较了传统氮芥类化合物（如mechlorethamine, MCE）与作者设计合成的MEBAC在DPC形成选择性、细胞毒性及修复途径上的差异。作者首先利用重组核小体核心颗粒（NCPs）评估MEBAC与MCE的交联效率与选择性。MEBAC在NCP中诱导DPC的效率大于ICL 40倍以上，而MCE产生的DPC与ICL比例接近1:1。细胞实验进一步证实MEBAC在细胞内也优先形成DPC，且DPC产量显著高于MCE。

随后，作者发现MEBAC诱导的DPC可被SPRTN金属蛋白酶和蛋白酶体共同修复；抑制蛋白酶体活性显著增加MEBAC的细胞毒性。而MCE诱导的DPC只能被SPRTN修复，蛋白酶体无法有效介入，因此抑制蛋白酶体对MCE毒性无影响。此外，FANCD2缺失细胞对MCE敏感，证实MCE诱导的ICL激活Fanconi贫血途径；而MEBAC在低浓度下对FANCD2状态无差异，进一步表明其以DPC为主。

最后，作者通过蛋白质组学分析发现，MCE处理细胞中，多个富含半胱氨酸的E3泛素连接酶（如ARIH1、RNF213、HECTD1）及26S蛋白酶体亚基（PSMD1、PSMD3）被交联至DNA，而MEBAC处理中这类蛋白的交联富集数量则显著减少。这些蛋白的交联可能直接抑制蛋白酶体功能或其招募，导致MCE诱导的DPC无法通过蛋白酶体途径修复，从而增加细胞毒性。

总的来说，本文开发了一种富集DNA-蛋白质交联的化学探针，并通过体内外实验证实了其形成DNA-蛋白质交联的特异性，揭示了通过交联泛素化/蛋白酶体相关蛋白而阻断自身DPC修复的细胞毒性机制。

本文作者：FTY

责任编辑：MB

DOI：10.1021/jacs.5c09293.

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c09293.