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泛素（Ub）化是一种可逆的翻译后修饰，在多种细胞过程中发挥关键的调控作用。体内的去泛素化酶（DUB）可以从底物蛋白中去除泛素化修饰来维持其动态平衡。DUB丰度的动态变化、活性的扰动会导致神经性特异性疾病和恶性肿瘤的发生。因此，需要探针工具来绘制不同生理环境下活细胞中 DUB活性的时间图谱。
近期人们开发了一系列掩蔽-激活的泛素探针工具，能够实现DUB活性的时间分辨监测。现有探针都是依赖于特定的化学反应来实现对反应探头的掩蔽与激活。然而，广泛使用的 Ub-炔丙胺（Ub-PA）和脱氢丙氨酸（Ub-Dha）探针的活性难以通过这种策略进行控制，因为这些探头的活性难以实现暂时掩蔽与激活。
近日，合肥工业大学李宜明课题组发展了一种新型的泛素C端骨架修饰策略用于制备光控激活的泛素活性探针（Ub-PA, diUb-Dha），这类探针可以在活细胞内以时间分辨的方式监测DUB的活性，并在氧化应激过程中绘制了DUB活性变化的时间分辨图谱。
（图片来源： Angew. Chem. Int. Ed. ）
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
作者对比了Ub和DUB的结构，发现Ub的G75位于DUB催化口袋的最狭窄区域。如果使用大位阻的光笼基团修饰Ub主链的G75就可能会阻止Ub和DUB之间的结合，从而掩蔽探针的活性。光照激活后，探针恢复为原来的结构即可发挥活性。作者将邻硝基苄基修饰的甘氨酸装载到泛素的G75位，通过一次性固相合成结合氨解反应获得了探针1，该探针在体外可实现掩蔽与激活。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
通过进一步将细胞穿透肽与探针缀合，作者制备了细胞穿梭的合成蛋白质探针。荧光成像显示穿膜探针能够高效进入活细胞中。结合蛋白质组学技术，穿膜探针在光照激活后能够在活细胞中捕获4个家族中的29个DUB（17 USP, 8 OUT, 3 UCH and 1 MJD）。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
氧化应激过程中DUB活性的时间分辨分析显示，许多DUB在此过程中的活性呈现先下降再上升的趋势。作者分析DUB活性的抑制可能和氧化应激前期泛素链的积累有关。最后作者还用骨架修饰的策略合成了光控激活的泛素链脱氢丙氨酸探针。
总之，在该工作中，李宜明等发展了C 端骨架修饰的新策略，用于合成细胞渗透、光控激活的泛素活性探针，展示出蛋白质化学全合成在获取新型泛素探针工具上的便捷性，为DUB在不同生理过程中活性的研究提供了新机遇。
论文信息
Photocaging of Activity-Based Ubiquitin Probes via a C-Terminal Backbone Modification Strategy
Yu Wang, Jingnan Chen, Xiao Hua, Xianbin Meng, Hongyi Cai, Rongtian Wang, Prof. Jing Shi, Prof. Haiteng Deng, Prof. Lei Liu, Prof. Yi-Ming Li
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202203792
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