课题组JACS：化学调控多肽结构与功能的新方法
导读
近日，江西中医药大学万阳课题组提出了一项创新性的概念，即光笼二硫键，并发展了一种基于4,5-二甲氧基-2-硝基苄基（onv）的光脱笼-氧化一体策略，用于诱导二硫键的原位配对，并成功将其应用于调控抗菌肽tachyplesin i的结构与功能。研究人员对这一光调控过程进行了详细的机理研究，结果表明onv基团的光解副产物亚硝基苯衍生物促使了二硫键的高效形成。这一重要研究成果已经在j. am. chem. soc.上发表。
多肽在各种生命体系中广泛分布，具有重要的生物学功能。通过化学修饰，可以遮蔽肽的活性，然后在外部刺激（如光或小分子）的作用下将其活性恢复，这为解析复杂的生物过程和开发潜在的药物疗法提供了有力的工具。目前，设计笼型多肽的主要方法是利用可脱除基团（如邻硝基苄基）对其氨基酸侧链进行可逆修饰（如图1上所示）。然而，由于多肽通常缺乏特定的活性残基，因此采用这种方法设计的笼型多肽的活性往往难以预测。
另一种常见的策略是通过使用光转换基团，如偶氮苯，来调控多肽的空间构象（如图1下所示）。然而，这种策略在许多情况下无法提供足够的构象变化，导致多肽在“活性”和“失活”状态之间的功能差异有限。因此，迫切需要引入新的设计理念，以开发新方法来调控肽的结构和功能。
二硫键广泛存在于分泌和膜结合型多肽中，其对维持多肽的结构与功能至关重要。通常情况下，破坏肽段中的一个或多个二硫键会显著破坏其二级结构并导致功能丧失。在自然界，通过控制分子内二硫键的形成和断裂来调节肽或蛋白质的功能是常见的现象。
因此，如果能够通过光或小分子的诱导来促使多肽分子内二硫键的形成，这将为调控多肽的结构和功能提供一种全新的通用策略。江西中医药大学万阳课题组提出了这一创新性的概念，被称为光笼二硫键，并发展了基于4,5-二甲氧基-2-硝基苄基（onv）的光脱笼-氧化一体策略，以诱导多肽内的二硫键原位配对。他们成功地将这一策略应用于调控抗菌肽tachyplesin i的结构和功能。（见图2所示）
光介导的半胱氨酸之间的快速二硫键形成
本工作的开展最初源于作者发现光照（365 nm）光笼半胱胺酸（fmoc-cys（s-onv）-oh, 1）会促使释放的半胱氨酸（2）迅速转变成成胱氨酸（3）（图3所示）。作者推测应该是某些因素促使了二硫键的形成，并排除了ros和o2氧化的可能性。
二硫键形成机理研究
作者随后对该过程的作用机理进行了详细研究，并证实了是onv光解副产物4,5-二甲氧基-2-亚硝基苯甲醛促使半胱氨酸的氧化（图4所示）。在该光控体系中，onv既充当巯基保护基团，又充当氧化剂（光解后）。作者将该光诱导二硫键形成过程命名为“break-to-bond”。
模型肽的研究和tachyplesin i的应用
接下来，作者设想能否将该光控体系用于调控多肽分子内二硫键形成。作者首先在两条模型肽pwa-7与pwa-10进行验证，发现能均能以中等收率生成氧化型多肽owa-7与owa-10。最后，为了证明该方法的应用潜力，作者将其同于调控β-折叠型天然抗菌肽tachyplesin i （tpi）的结构与功能。tpi含有两对分子内二硫键，作者合成了两个笼型类似物tpi-1与tpi-2。圆二色谱分析显示tpi-1的β-折叠结构被显著的破坏而tpi-2仍保持和母肽类似物的结构。与之相对的，tpi-1的溶血毒性大幅降低而tpi-2具有与母肽相当的毒性。作者接下来对两个类似物进行光照脱笼，有趣的是，tpi-1可以被迅速脱除onv基团并形成二硫键，恢复二级结构与抗菌活性，而tpi-2的光解效率明显低于前者，总之，通过tpi-1的光激活实验有效验证了光笼二硫键策略在调控多肽结构与功能方面的应用潜力。
总结
综上所述，本文作者性地提出了光笼二硫键的概念，并发展了一种基于onv基团的光脱笼-氧化一体策略，用以诱导多肽内的二硫键原位配对。这一创新方法为化学调控含有二硫键的多肽的结构和功能提供了全新的思路和方法
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另一种常见的策略是通过使用光转换基团，如偶氮苯，来调控多肽的空间构象（如图1下所示）。然而，这种策略在许多情况下无法提供足够的构象变化，导致多肽在“活性”和“失活”状态之间的功能差异有限。因此，迫切需要引入新的设计理念，以开发新方法来调控肽的结构和功能。
二硫键广泛存在于分泌和膜结合型多肽中，其对维持多肽的结构与功能至关重要。通常情况下，破坏肽段中的一个或多个二硫键会显著破坏其二级结构并导致功能丧失。在自然界，通过控制分子内二硫键的形成和断裂来调节肽或蛋白质的功能是常见的现象。
因此，如果能够通过光或小分子的诱导来促使多肽分子内二硫键的形成，这将为调控多肽的结构和功能提供一种全新的通用策略。江西中医药大学万阳课题组提出了这一创新性的概念，被称为光笼二硫键，并发展了基于4,5-二甲氧基-2-硝基苄基（onv）的光脱笼-氧化一体策略，以诱导多肽内的二硫键原位配对。他们成功地将这一策略应用于调控抗菌肽tachyplesin i的结构和功能。（见图2所示）
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