分享一篇发表在JACS上的文章，题目为“Unlocking the Silent Proteome: Chemoselective Asn/Gln Activation for Multidimensional Protein Diversification”。文章的通讯作者为Emory大学的Monika Raj，其研究方向之一为多肽化学生物学。

侧链具有一级酰胺基团的天冬酰胺和谷氨酰胺残基在人类蛋白质组中有8%以上的丰度，它们广泛参与氢键形成和构象调控，在生物分子的相互作用中扮演着重要的角色。然而，由于酰胺基团固有的低反应性，目前仍缺乏对这些残基进行选择性标记的化学方法。尽管在有机化学领域已有Pd催化的酰胺脱水反应见诸报道，但这些反应仍无法兼容多肽、蛋白的化学修饰：一方面，这些早期研究的底物谱通常局限在受保护的小分子；另一方面，多肽侧链上其他活泼基团对Pd催化剂的毒性作用也需要被克服。本文中，作者开发了一种生物相容的Pd催化反应，实现了侧链酰胺的选择性活化。进一步地，作者利用反应得到的氰基，实现了生物正交的多肽/蛋白标记。

首先，作者以FQG三肽作为模型底物，优化了Pd催化的酰胺脱水反应。作者引入了一种Pd清除策略：在反应后加入Pd清除剂，例如3-巯基丙酸（3-MPA），其可以快速淬灭反应，防止非特异性的金属配位，同时去除残留的Pd。结果表明，清除剂的加入克服了多肽N-端与Pd的反应，极大地提高了反应的特异性和转化率。随后，作者进一步优化了反应溶剂中的氰基供体、Pd催化剂配体和Pd清除剂，最终选择了乙腈、Pd(O2CCF3)2 和3-MPA的组合，在一系列含其他反应性残基的多肽底物上证明了该方法对N/Q残基的高度选择性和高转化效率。

在开发了这种侧链酰胺激活反应后，作者提出进一步利用反应产生的氰基进行生物正交的化学修饰。作者利用了Pd催化的腈与芳香硼酸之间的偶联反应，将酰胺活化得到的氰基进一步转化为芳基酮，并证明了这种修饰策略具有非常广泛的底物谱。因此，通过两步反应的联用，即能将原有的侧链酰胺转化为丰富多样的功能化基团。

作者对这一方法的应用进行了广泛的探索。在多肽水平，首先，作者展示了该方法与固相多肽合成（SPPS）的兼容性，实现了具有多样芳基酮侧链的非天然肽库的合成。另外，通过芳基硼酸引入的功能基团也可以是荧光团，借此可以实现多肽Asn残基的单分子荧光测序。在蛋白水平，作者也验证了该方法可直接用于蛋白的选择性官能团化。进一步地，作者在T-47D细胞裂解物中实现了天冬酰胺/谷氨酰胺组的标记。最后，作者也证明该方法能够用于合成具有生物活性的抗体-荧光团偶联物。

总结而言，本文开发了一种选择性将侧链一级酰胺活化为氰基的化学方法，并进一步利用得到的氰基实现了丰富多样的多肽/蛋白功能化应用，使丰富存在但反应性低的N/Q残基不再“沉默”。

本文作者：TYC

责任编辑：ZCL

DOI：10.1021/jacs.5c22184

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c22184