【Angew. Chem.】上海交大王平/哈医大黄平/刘冰: 可见光驱动N端半胱氨酸保护基团助力“一锅法”蛋白质化学合成
蛋白质化学合成是化学生物学的核心挑战之一,其优势在于能够突破生物表达系统的固有局限,实现翻译后修饰的精准引入及蛋白质结构的原子级控制。天然化学连接(NCL)作为目前最可靠的多肽片段组装策略,在传统分步操作中往往因需反复纯化与冻干,导致产物回收率低下且制备周期冗长。因此,开发高效简便的一锅法多肽连接策略,对于加速复杂蛋白质的合成具有重要意义。
近日,上海交通大学药学院王平教授团队和哈尔滨医科大学附属第一医院/口腔医学院黄平教授、刘冰副教授团队合作开发了一种基于N-甲基吡啶鎓(4-NMP)的新型N端半胱氨酸保护与脱保护策略。该保护基在可见光照射下实现温和且高效的脱保护,突破性实现了多肽片段的“一锅法”连接,为复杂蛋白质的化学合成提供了强有力的新技术工具。相关研究发表于Angew. Chem. Int. Ed.(DOI:10.1002/anie.3532271)。

(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)
4-NMP-Thz保护基具有灵活的引入方式:既可以作为预制构建块通过固相多肽合成(SPPS)直接引入,也可以利用商业化的4-甲酰基-N-甲基吡啶鎓苯磺酸盐对已合成多肽的N端半胱氨酸进行后期修饰。后期修饰方法表现出极高的选择性,仅对N端半胱氨酸进行特异性修饰,而不影响多肽内部的半胱氨酸残基。
与传统N端半胱氨酸保护基需依赖特定pH条件及大量重金属、亲核试剂或硫醇进行脱保护,且后续需调节pH至7.0方可进行连接反应不同,4-NMP-Thz保护基展现出显著优势:在[Ru(bpy)₃]Cl₂光催化及NCL反应缓冲体系下,仅需30分钟蓝光照射,即可在pH 6.0–8.0的宽生理pH范围内实现无痕脱保护。该过程使脱保护步骤与后续天然化学连接(NCL)反应无缝衔接,无需调节pH或更换缓冲液,从而真正实现了多肽组装的“一锅法”操作。
为验证该策略的实用性,研究团队成功实现了组蛋白H3.2的一锅法合成。更具突破性的是,他们利用该技术完成了MUC1糖蛋白的高效一锅法合成。该蛋白含有400个氨基酸并携带40个O-糖基化修饰,此前难以通过传统方法制备,这一成果充分彰显了4-NMP-Thz策略在合成复杂翻译后修饰蛋白质方面的强大能力。
生物学评价表明,这种全长400个氨基酸的MUC1糖蛋白相比短链MUC1糖肽,能够显著增强抗原的免疫原性,为抗肿瘤疫苗开发提供了新的物质基础。该方法操作简便、条件温和、兼容性强,有望在蛋白质化学合成、生物分子修饰以及生物医药研发领域得到广泛应用。
该研究工作由魏炳成、王鑫垚和叶发荣共同完成,得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市抗体药物偶联重点实验室、化学生物协同物质创制全国重点实验室等项目的资助。
论文信息:
4-Formyl-N-Methylpyridinium-Mediated N-Terminal Cysteine Modification/Removal Facilitates One-Pot Multiplex Peptide Ligation.
Bingcheng Wei#, Xinyao Wang#, Farong Ye#, Haozhan Wang, Gongyu Shi, Bing Liu*, Ping Huang*, Ping Wang*.
Angew. Chem. Int. Ed., 2026, DOI:10.1002/anie.3532271.
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