[JACS] 丁克课题组在活细胞内赖氨酸共价修饰方面取得进展

赖氨酸作为人体内含量最为丰富的氨基酸之一，在维持蛋白质功能和稳定性中发挥重要的作用，因此实现细胞内赖氨酸的共价修饰能大幅度推动疾病的病理研究以及相关药物的开发。然而目前已经上市的共价药物仍以靶向蛋白质的半胱氨酸残基为主，这是因为在生理条件下，赖氨酸侧链的氨基处于较低亲核活性的质子化状态而难以实现高效地共价修饰。针对这一难题，中国科学院上海有机化学研究所丁克课题组开发出一种新型的赖氨酸共价修饰结构—邻氰基苯甲醛 （ CNBA ）， CNBA 能在活细胞内高效共价修饰蛋白表面和内部的赖氨酸侧链残基，为靶向赖氨酸的新型共价抑制剂的开发提供新方法。相关成果以“ O ‑Cyanobenzaldehydes Irreversibly Modify Both Buried and Exposed Lysine Residues in Live Cells ”为题发表在 Journal of the American Chemical Society 杂志上。

醛基和氰基作为重要的药物官能团，具有较好的生物相容性，因而被用于多种上市的药物之中。此外，醛基和氨基即使在较低的 pH 条件下也能形成可逆的亚胺结构，这使得生理条件下对质子化的低亲核性赖氨酸修饰具有一定的可行性。而具有较弱亲电活性的氰基能通过邻基效应捕获不稳定的亚胺中间体并形成稳定的环合产物，从而实现从可逆共价向不可逆共价的转变。

基于该思路，团队验证了 CNBA 在生理条件下对赖氨酸修饰的反应活性和选择性，结果证明 CNBA 能实现 FKBP12 的有效标记，同时全蛋白组的修饰位点检测结果说明 CNBA 具有非常优异的氨基酸选择性。且能成功标记 Jurkat 细胞内 3451 个的赖氨酸残基，其中包括多个具有高反应活性的赖氨酸残基位点。

进一步地，课题组将 CNBA 应用于蛋白质—蛋白质相互作用抑制剂中，基于 CNBA 的 MDM2-p53 抑制剂 M-CNBA-1 能与 MDM2 表面的 94 位赖氨酸形成共价作用，从而大幅度提高 Nutlin 类分子的抗肿瘤活性。该结果初步验证，利用 CNBA 结构靶向蛋白表面赖氨酸能大幅提高小分子对蛋白质—蛋白质相互作用的抑制活性，因而具有广阔的 PPI 共价抑制剂开发潜力和前景。

最 后，课题组将 CNBA 应用于 ADC 类分子的构建中。实验结果表明， CNBA 作为新型的连接技术，能在不影响抗体活性的前提下快速构建 ADC 类药物分子，为后续 ADC 的药物开发提供新的选择。

总之，课题组首次报道了一类新型的活细胞内赖氨酸选择性修饰结构— 邻氰基苯甲醛 （ CNBA ），并在激酶抑制剂、蛋白质—蛋白质相互作用抑制剂和 ADC 分子构建中实现初步验证。 CNBA 结构的高选择性、高反应性、高稳定性以及高生物相容性将使其有望用于未来的共价药物开发之中。

中国科学院上海有机化学研究所丁克研究员和暨南大学张志民研究员为本文的通讯作者，共同第一作者分别是中国科学院上海有机化学研究所博士生凌欢、中国科学院上海有机化学研究所科研助理李林、暨南大学硕士生段丽萍、中国科学院上海有机化学研究所副研究员黄维雪和南方科技大学副研究员郑江南。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c18006