Органика

Циклопропанол как «заключённая в клетку» двухфункциональная боеголовка для селективной электрохимической биоконъюгации

Биоортогональные реакции позволяют изучать и модулировать биологические системы, однако точный контроль того, когда и где протекает реакция, остаётся сложной задачей. В новой работе показано, что циклопропанол (CPol) может служить компактной, энергетически нагруженной химической ручкой: он стабилен в физиологических условиях, но селективно активируется мягким электрохимическим стимулом.

molynx 2 мин чтения
Циклопропанол как «заключённая в клетку» двухфункциональная боеголовка для селективной электрохимической биоконъюгации
Рис. 1. Электрохимически индуцированное раскрытие цикла CPol и его применения, описанные в данной работе

Биоортогональные реакции дают возможность исследовать и регулировать биологические системы, но добиться точного контроля над временем и местом их протекания по-прежнему трудно. Авторы работы, опубликованной в Nature Chemistry, показывают, что циклопропанол (CPol) способен выполнять роль компактной, энергетически нагруженной химической ручки, стабильной при физиологических условиях и при этом избирательно активируемой мягкими электрохимическими стимулами.

Такая стратегия приводит к генерации реакционноспособных β-галогенкетонных фрагментов in situ, что обеспечивает эффективное мечение белков для клеточной визуализации и протеомного анализа. Неожиданным результатом стало то, что CPol преимущественно модифицирует кислые аминокислоты — глутамат и аспартат — в гидрофобных областях белков, а не более привычные мишени конъюгации.

Электрохимическая реакция совместима с живыми клетками, что позволяет проводить визуализацию в реальном времени с помощью флюорогенных зондов. Кроме того, авторы демонстрируют применимость подхода, разработав холин-производный CPol-зонд, который встраивается в метаболизм мембранных липидов и метит мембран-ассоциированные и цитоплазматические белки.

Сочетание биоортогональности с электрохимическим контролем, по оценке авторов, даёт общую и управляемую платформу для конъюгации белков с более широкими применениями в химической биологии и исследованиях живых клеток.

На первой фигуре представлены электрохимически индуцированное раскрытие цикла CPol и применения, рассмотренные в работе. Вторая фигура посвящена оптимизации электрохимических условий и исследованию механизма реакции раскрытия цикла.

Рис. 2. Оптимизация электрохимических условий и исследование механизма реакции раскрытия цикла
Рис. 2. Оптимизация электрохимических условий и исследование механизма реакции раскрытия цикла

Далее в статье рассматривается электрохимическая биоконъюгация производных CPol (рис. 3) и электрохимическая флюорогенная биоконъюгация (рис. 4), позволяющая следить за реакцией по появлению флуоресцентного сигнала.

Рис. 3. Электрохимическая биоконъюгация производных CPol
Рис. 3. Электрохимическая биоконъюгация производных CPol
Рис. 4. Электрохимическая флюорогенная биоконъюгация
Рис. 4. Электрохимическая флюорогенная биоконъюгация

Пятая фигура посвящена хемопротеомному профилированию в клеточных лизатах с CPol в электрохимических условиях, а шестая — картированию белок-липидных взаимодействий в живых клетках методами химической протеомики.

Рис. 5. Хемопротеомное профилирование на основе клеточного лизата с использованием CPol в электрохимических условиях
Рис. 5. Хемопротеомное профилирование на основе клеточного лизата с использованием CPol в электрохимических условиях
Рис. 6. Картирование белок–липидных взаимодействий в живых клетках методами химической протеомики
Рис. 6. Картирование белок–липидных взаимодействий в живых клетках методами химической протеомики

Работа продолжает активно развивающееся направление электрохимических биоконъюгаций: в списке литературы цитируются, в частности, электрохимическая тирозин-клик-химия для мечения белков, триптофан-селективные электрохимические конъюгации в нейтральном буфере, мечение гидроксииндолов, а также платформа электроаффинного мечения для идентификации мишеней методами хемопротеомики. Отдельный блок ссылок касается химии раскрытия цикла циклопропанолов, включая электрохимический синтез 2-бромэтил- и 2-йодэтилкетонов из циклопропанолов.

Детальное описание материалов, оборудования и методов приведено в разделе Methods статьи. Дополнительная информация (Supplementary Information) включает дополнительные рисунки 1–22, подтверждающие результаты основного текста, детальные синтетические процедуры, схемы реакций и характеристики соединений.

Все протеомные данные доступны через ProteomeXchange под идентификатором PXD078071; спектры MS2 и списки обогащённых белков включены в Supplementary Data 1–3. Из-за большого объёма исходных данных и файлов изображений они предоставляются ответственным автором по обоснованному запросу. Исходные данные приложены к статье.

Комментарий редакции и разбор — в Telegram @molynx_ru