N-末端选择性蛋白质修饰 N-Terminus Selective Protein Modification

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N-末端选择性蛋白质修饰 N-Terminus Selective Protein Modification

2018/1/22
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Author: LuWenjie

N末端在蛋白质的一条链中只有一处，因此以此为靶点的修饰反应必然的可以实现高位置・化学选择性，并且能够得到均质的修饰体。这样的修饰对高次结构的影响也比较小。另外大概有80%的蛋白质，其N末端都是裸露在蛋白质表面的，因此，该修饰法的活用就显得更加现实了。

但是，该方法也有很多限制，比如说，在很多场合，可以应用的氨基酸种类有限制，另外修饰后不稳定等问题常有发生。根据应用目的选择适当的修饰方法是很重要的。

基本文献

<Review>

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反应实例

大致分类如下

1）通过控制pH的手法

N-末端氨基和赖氨酸侧链氨基在生理条件下均可以被质子化，但由于羰基诱导效应，其pKa值不同[1]。因此，可以通过将溶剂调制在适当的pH进行反应来区分这两个氨基，从而实现N末端选择性修饰。对于使用这种思路的N末端选择性修饰法，已经报道的有酰化，还原胺化[2]，叠氮重排[3]，烯酮加成[4]等。该方法最大的优点是无需选择末端氨基酸类型就可以实现。

2）氨基酸侧链参与的手法

N末端的氨基酸为Cys, Ser, Thr, Trp的时候，可以活用这些氨基酸的所带有的特殊侧链，进行比如说环化反应，或者结构特异性的反应。但是有一点需要注意的是，由于N-端Cys几乎不存在，所以需要通过基因工程技术来引入。

Cys: 关于Native Chemical Ligation，请点链接，本网站已经有具体词条介绍。用醛形成噻唑烷的方法[5]需要酸性pH与过量的试剂，而且会产生成键的可逆性问题。而从这点来看，可以通过o-B(OH)₂-benzaldehyde的使用来解决[6]。与2-氰基苯并噻唑（CBT）的反应也由于与普通的Cys侧链的结合是可逆的，所以可以在N末端选择性的进行反应[7]。

Trp: 以Pictet-Spengler环化形式也能进行末端选择性反应[8]。

Ser/Thr:尽管恶唑烷型改性可以以与Cys类似的形式进行，但存在耐水解性低的问题。由于改原因，可以先通过NaIO₄氧化等使醛基露出，成为氧化反应的一个立足点在进行后续反应[9]。但是，需要注意的是，强氧化的NaIO₄可能对于其他残基造成损伤。

3）N末端氧化后致使羰基露出→肟/腙ligation

使用在N末端露出羰基的手法的对象不仅仅限于Ser/Thr、利用醛试剂的转氨反应也是一个有效地途径。其中，吡哆醛5′-磷酸（PLP）[10]与Rapoport Salt[11]常常用于醛的转氨反应、该方法比上述提到的NaIO₄氧化要温和许多。但是，该方法有时候适用对象需要是具有特定氨基酸序列（AKT序列）的时候，才能达到很好的产率。有必要留意的是，肟/腙各自对水解具有不同的稳定性[12]。

4）其他的化学手法

形成咪唑烷酮法[13]、还有靶向Pro [14]的氧化修饰方法。前者是可逆性的。后者反应同样可以发生在unpaired Cys，因此必须先通过形成二硫键保护起来。

5）酶催化法

在温和的生物相容性条件下可以实现是该方法最大的特征。

Sortase A（SrtA）法[15]：最常用的方法之一。通过识别LPXTG序列、再与寡聚甘氨酸序列进行肽交换的酶促反应。反应可逆，转化效率根据酶的可获得性变化。

N-肉豆蔻酰基转移酶（NMT）法[16]在N端识别带有GXXXS / T（K）序列的肽、利用酶促反应添加肉豆蔻酸的方法。为了实际应用于生物偶联反应，常使用末端具有叠氮或炔的羧酸进行缩合反应达到修饰的目的。

Subtiligase法[17]：通过Subtiligase的使用可以实现N末端选择性修饰。

Butelase 1 法[18]：与SrtA一样，是可逆的，虽然反应试剂需要过量，但已有研究表明可以通过使用硫代酯底物解决该问题。

参考文献

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