分享一篇发表在Angew上的文章：Pyroglutamate PTMs as Bioorthogonal Reactive Handles: Ru/Ni Photoredox Coupling，通讯作者是来自莱斯大学Zachary T. Ball教授，该课题组的研究方向是有机合成和化学生物学。

蛋白质的翻译后修饰（PTMs）是调控生命活动的核心机制之一，但某些修饰因缺乏研究工具而功能成谜，N端焦谷氨酸化便是其中之一。焦谷氨酸是一种由谷氨酰胺或谷氨酸在蛋白质N端环化形成的五元环内酰胺结构。这种修饰广泛存在于人体抗体、激素和神经肽中，并可能与阿尔茨海默症等病理过程相关。然而，与磷酸化、糖基化等热门修饰相比，焦谷氨酸的研究长期滞后。根本原因在于缺乏一种能够在复杂的生物分子环境中，特异性地标记、捕获或修饰焦谷氨酸残基的化学方法。

针对这一挑战，作者开发出一种全新的光氧化还原催化方法，首次实现了在生理水环境下对肽和蛋白质中焦谷氨酸残基的直接、位点选择性修饰。传统的标记技术主要依赖于特定氨基酸侧链（如半胱氨酸的巯基、赖氨酸的氨基）的化学反应性。焦谷氨酸独特的环状酰胺结构，使其既不含有这些典型的活性侧链，其N-H键又因芳香性和位阻而表现出惰性，难以被常规方法触及。因此，开发一种能精准活化并修饰焦谷氨酸N-H键的策略，是一个巨大的化学挑战。作者的核心创新在于设计了一个优雅的钌/镍双金属光氧化还原催化体系，成功激活了传统上惰性的焦谷氨酸酰胺N-H键，使其与（杂）芳基溴化物发生交叉偶联反应（C-N键形成）。

受到光催化的芳基卤化物与半胱氨酸硫醇交叉偶联启发，作者研究并筛选了不同芳基溴化物的反应，希望能将其扩展到焦谷氨酸上。实验表明，尽管多种类型溴化物底物都能反应，但是大量卤化物的产率仍属中等，无法优化反应条件以提高反应效率，而且芳基溴化物在上述反应条件下的溶解度极为有限。为解决芳基溴化物溶解度限制反应效率的问题，作者合成了PEG化的探针6j、7j，并证明了它们在光催化条件下是一种方便且广泛有效的焦谷氨酸修饰试剂。

进一步地，作者通过一系列严谨的实验，证明了该方法的普适性。在模型肽（焦谷氨酸-组氨酸二肽）的模型体系中优化条件，实现了高效芳基化。此外，作者还将方法成功应用于更长的生物活性肽序列，以及完整蛋白的标记。

总之，本文作者为理解焦谷氨酸化的生物学功能提供了首个化学工具，更将其确立为一个全新的、强大的“生物正交反应手柄”，为蛋白质工程和生物医药应用开辟了新路径。

本文作者：MB

责任编辑：LZ

DOI：10.1002/anie.202523879

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202523879