为大家推荐一篇发表在Chem. Sci.上的文章：Targeted Protein Oxidation Using a Chromophore-Modified Rapamycin Analog，文章的通讯作者是来自匹兹堡大学的Alexander Deiters，他的课题组研究方向是发现新型药物分子和开发小分子化学生物学工具。
雷帕霉素诱导的FKPB与FRB的结合是化学生物学经典工具之一，可以用于激活蛋白质或相互作用以及诱导易位等，起到一个可控制的“开关”作用，被广泛应用于很多生物学的研究领域中。然而，雷帕霉素与FKPB和FRB的亲和力非常高，形成的三元复合物不易解离，相当于这个开关一旦打开就很难关闭。作者认为，如果能通过某些方式让这个开关在打开后可以再关闭，就能实现对下游生物学过程更精确地控制，因此设计了一种雷帕霉素的衍生物来实现这一点。
该衍生物的结构是在雷帕霉素的其中一个羟基末端通过PEG链连接了一个含有碘取代的BODIPY分子，作者将其命名为BORap。BODIPY在特定波长的光照下会诱导单线态氧的产生，从而破坏附近的蛋白质，达到“关闭”的效果。在通过与单线态氧荧光指示剂DPBF的反应，作者证明BORap可以在530nm的光照下产生单线态氧。并且，BORap保留了诱导FKPB和FRB聚合的能力。
作者首先设计了一个体外实验进行初步的验证与条件优化。将荧光素酶的两个结构域分别融合在FKPB与FRB上，当加入BORap之后，分开的结构域会因FKPB与FRB的二聚而诱导结合恢复酶活性，催化底物转化并产生发光；在施加530nm光照处理后，从发光强度的降低可以判断荧光酶出现了失活。随后，作者又根据BORap设计了一个TEV酶开关，其原理是类似的：将TEV酶分成两半分别融合在FKPB与FRB上，加入BORap先激活其活性，切割底物GFP前体使之产生绿色荧光，施加光照后又可使其失活，不再能切割底物。
如前所述，雷帕霉素诱导的二聚除了可以用于激活酶等蛋白质外，还可以用来诱导蛋白质的重定位。作者将一段膜定位序列与FKBP-CFP融合，使FKBP定位在细胞膜上，然后在细胞质中同时表达FRB-YFP。荧光成像显示在加入BORap后，YFP易位到了膜上，而光照处理后的2h内YFP的荧光强度发生显著降低。最后，作者做了一些补充实验来证明这种氧化是具有靶向性的，生成的ROS只会攻击距离最近的蛋白，即与三元复合物相连的目标蛋白。并且，单线态氧的直接氧化是造成靶蛋白失活的原因，而不是诱发蛋白酶体降解。综上，作者开发了一种BODIPY修饰的雷帕霉素类似物分子BORap，它既可以像正常的雷帕霉素那样诱导FKBP与FRB的二聚，起到“开”的作用；也可以在光照下产生ROS使附近的蛋白质失活，起到“关”的作用。与之前雷帕霉素激活的蛋白或通路是不可逆的相比，作者的设计赋予了这一化学生物学工具更高的灵活性。
文章作者：TZY
责任编辑：LDY
原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/SC/D1SC04464H
文章引用：DOI：10.1039/D1SC04464H
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