分享一篇发表在JACS上的文章：μMap-Red: Proximity Labeling by Red Light Photocatalysis，通讯作者是2021年诺贝尔化学奖获得者之一、来自普林斯顿大学的David W. C. MacMillan教授，课题组的研究方向是催化。
生物过程受到生物分子、细胞和组织之间的空间连接调控，了解这些界面是阐明生命系统生化机制的关键。目前，简单细胞模型中生物分子的相互作用可以通过邻近标记技术来捕获，但用于复杂组织或动物模型的标记技术仍然较少。
基于光的邻近标记技术具有高度时空特异性的特点，作者最近报道了应用于微环境的光催化邻近标记策略μMap (Science 2020, 367(6482), 1091−1097)，其作用原理是：基于铱(Ir)的光催化剂在蓝光（~450 nm）激发下，通过能量转移将附近的diazirine-biotin转化为活性卡宾中间体，随后给蛋白带上biotin标记。但因为短波长的光（<500 nm）在体内的散射效应和内源发色团干扰，表现出较差的组织穿透性，故需要开发长波长的光激活的邻近标记方法。在自然界中普遍存在着基于卟啉和二氢卟酚骨架的光催化剂，它们能吸收更长波长的光（>600 nm）并通过光诱导电子转移来利用这种能量。作者基于已报道的叠氮化物活化的光催化剂，推断吸收红光的催化剂可将芳基叠氮化物生成具有反应性的邻近标记中间体氮烯或氨基自由基。
作者首先在体外实验中筛选能够帮助4-叠氮苯甲酸(1)转化的催化剂，结果发现Sn-二氢卟酚e6的金属催化剂(3)和还原剂NADH的联用下，4-叠氮苯甲酸的转化率为最高(83%)。该反应机理是：SnIV在660 nm红光照射下被激活（SnIV*，化合物4），并与NADH 形成高度还原的有机基态，随后经过单电子转移（SET）过程形成催化剂3和叠氮阴离子自由基(6)，随后该自由基释放分子氮并被快速质子化，形成邻近标记的反应性中间体氨基自由基(7)。通过这个红光激发反应，不仅可以在蛋白质上引入稳定的生物素标签，而且其组织标记深度可以达到10毫米。
为了评价该红光催化蛋白质标记系统的效果，作者将SnIV催化剂和EGFR抗体偶联来对细胞微环境进行标记，并通过超分辨显微成像证明了EGFR和biotin之间的高度共定位，又利用蛋白质组学鉴定了EGFR及其相互作用蛋白。最后，作者在蓝光标记无法实现的、更复杂的生物样品小鼠全血红细胞膜蛋白模型中，证明了红光催化邻近标记法的有效性。
综上，本文报道了一种基于红光催化的邻近标记方法，可用于复杂组织环境的蛋白标记。
本文作者：MB
责任编辑：LDY
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c01384
文章引用：DOI：10.1021/jacs.2c01384
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