以半胱氨酸（Cysteine, Cys）作为靶点进行的蛋白质修饰法是近年来的一大研究热点，而在这背后，却存在着诸多亟待解决的问题。

• 半胱酰胺修饰法虽然反应性很高，对于有多个Cys存在的多肽或者蛋白质，位置选择性的Cys的修饰就显得尤为困难。
• 通常生物体的蛋白质中的Cys基本上以二硫键连接的成对形式存在，通常化学生物学方法上修饰的都是unpaired的Cys，所以一般使用的都是人为导入Cys的重组蛋白。
• 常用的半胱氨酸 – 马来酰亚胺共轭偶联法，其加成后的产物在细胞内还原条件下不稳定，因此应用范围的局限性比较大。
• 表面露出度比较高的S-S键、对蛋白质的高次结构的稳定性息息相关，还原性切断S-S键→Cys修饰的方法会导致蛋白质结构的稳定性崩坏。

为了解决上述问题，二硫键架桥法(disulfide bridging)应运而生。本来是S-S键的部分用最少的原子数架桥，得到稳定均质的修饰体，使得蛋白质的高次结构基本得到维持。

基本文献

• Brocchini, S.; Balan, S.; Godwin, A.; Choi, J.-W. ; Zloh, M.; Shaunak, S.Nat. Protoc.2006,1, 2241. doi:10.1038/nprot.2006.346
• Zloh, M.; Shaunak, S.; Balan, S.; Brocchini, S.Nat. Protoc.2007,2, 1070. doi:10.1038/nprot.2007.119

• Brocchini, S.; Godwin, A.; Balan, S.; Choi, J.-W.; Zloh, M.; Shaunak, S.Adv. Drug Delivery Rev.2008,60, 3. doi:10.1016/j.addr.2007.06.014
• Gunno, S. B.; Madder, A.ChemBioChem2016,17, 529. DOI:10.1002/cbic.201500667
• Kuan, S. L.; Wang, T.; Weil, T.Chem. Eur. J.2016,22, 17112. DOI:10.1002/chem.201602298

• Stephanopoulos, N.; Francis, M. B.Nat. Chem. Biol.2011,7, 876. doi:10.1038/nchembio.720
• deGruyter, J. N.; Malihns, L. R.; Baran, P. S.Biochemistry2017,56, 3863. DOI:10.1021/acs.biochem.7b00536

反应实例

近年来开发出了各种各样的架桥试剂，稳定性、产率、毒性、preactivation顺序等各有差异[1-7]。

二氯四嗪试剂架桥后形成的结构可以作为SPAAC反应底物发挥作用[8]。

全氟苯[9]、二乙烯基砜酰胺[10]等试剂的开发也用于stapled peptide的合成。

实验技巧

S-S键的还原性切断试剂通常使用的是三（2-羧乙基）膦（TCEP）盐酸盐。该试剂可以再广域的pH条件下发挥作用（1.5 < pH < 8.5）。

二硫苏糖醇（DTT）也作为强力的还原剂被经常使用，然而使用条件限制在中性条件附近（pH>7），并且对架桥试剂的反应性比较差。

参考文献

1. bissulfone: Shaunak, S.; Godwin, A.; Choi, J.-W. ; Balan, S.; Pedone, E.; Vijayarangam, D.; Heidelberger, S.; Teo, I.; Zloh, M.; Brocchini, S.Nat. Chem. Biol.2006,2, 312. doi:10.1038/nchembio786
2. disubstituted maleimide: (a) Smith, M. E. B.; Schumacher, F. F.; Ryan, C. P.; Tedaldi, L. M.; Papaioannou, D.; Waksman, G.; Caddick, S.; Baker, J. R.J. Am. Chem. Soc.2010,132, 1960. DOI:10.1021/ja908610s(b) Schumacher, F. F.; Nobles, M.; Ryan, C. P.; Smith, M. E. B.; Tinker, A.; Caddick, S.; Baker, J. R.Bioconjugate Chem.2011,22, 132. DOI:10.1021/bc1004685
3. monosubstituted maleimide: (a) Marculescu, C.; Kossen, H.; Morgan, R. E.; Mayer, P.; Fletcher, S.; Tolner, B.; Chester, K.; Jones, L. H.; Baker, J. R.Chem. Commun.2014,50, 7139. doi:10.1039/C4CC02107J(b) Richards, D. A.; Fletcher, S. A.; Nobles, M.; Kossen, H.; Tedaldi, L.; Chudasama, V.; Tinker, A.; Baker, J. R.Org. Biomol. Chem.2016,14, 455. doi:10.1039/C5OB02120K
4. Pfisterer, A.; Eisele, K.; Chen, X.; Wagner, M.; Müllen, K.; Weil, T.Chem. Eur. J.2011,17, 9697. DOI:10.1002/chem.201100287
5. arsenic acid: Wilson, P.; Anastasaki, A.; Owen, M. R.; Kempe, K.; Haddleton, D. M.; Mann, S. K.; Johnston, A. P. R.; Quinn, J. F.; Whittaker, M. F.; Hogg, P. J.; Davis, T. P.J. Am. Chem. Soc.2015,137, 4215. DOI:10.1021/jacs.5b01140
6. dibromopyridazinedione: (a) Chudasama, V.; Smith, M. E. B.; Schumacher, F. F.; Papaioannou, D.; Waksman, G.; Baker, J. R.; Caddick, S.Chem. Commun.2011,47, 8781. doi:10.1039/C1CC12807H(b) Maruani, A.; Smith, M. E. B.; Miranda, E.; Chester, K. A.; Chudasama, V.; Caddick, S.Nat. Commun.2015,6, 6645. doi:10.1038/ncomms7645(c) Lee, M. T. W.; Maruani, A.; Baker, J. R.; Caddick, S.; Chudasama, V.Chem. Sci.2016,7, 799. doi:10.1039/C5SC02666K
7. UV-alkyne: Griebenow, N.; Dilma, A. M.;Greven, Å. S.; Brse, S.Bioconjugate Chem.2016,27, 911. DOI:10.1021/acs.bioconjchem.5b00682
8. Brown, S. P.; Smith, A. B.J. Am. Chem. Soc.2015,137, 4034. DOI:10.1021/ja512880g
9. Spokoyny, A. M.; Zou, Y.; Ling, J. J.; Yu, H.; Lin, Y.-S.; Pentelute, B. L.J. Am. Chem. Soc.2013,135, 5946. DOI:10.1021/ja400119t
10. Divinylsulfonamides: Li, Z.; Huang, R.; Xu, H.; Chen, J.; Zhan, Y.; Zhou, X.; Chen, H.; Jiang, B.Org. Lett.2017,19, 4972. DOI:10.1021/acs.orglett.7b02464

关联书籍

外部链接

• Cysteine-based conjugation
• ThioLogics
• Bioconjugation – Wikipedia
• The Caddick Research Group

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