生物正交化学如何促进生物学和医学研究？

　　利用光亲和标记和蛋白质组学技术，发现(–)-vinigrol能够通过靶向PDI-ADAM17来抑制TNFR1，从而改善类风湿性关节炎的症状

　　针对肿瘤坏死因子α（TNF-α）及其受体TNFR1治疗类风湿性关节炎（RA）已经开发出了各种生物制剂。然而，相比于生物制剂，调控这类细胞因子受体的小分子药物的报道较少。在这里，我们发现二萜类天然产物vinigrol的直接作用靶点为细胞外膜上的蛋白质二硫键异构酶（Protein disulfide isomerase，PDI），并揭示了其通过抑制PDI激活ADAM17蛋白酶进而导致细胞膜上免疫受体TNFR1剪切的作用机制。这种由小分子诱导的受体剪切不仅有效地阻断了细胞中由TNF-α引起的炎症反应，还极大缓解了胶原诱导的关节炎小鼠的相关症状。我们的研究表明，通过化学途径靶向PDI-ADAM17信号以调节细胞因子受体剪切可能是缓解RA的潜在策略。

　　化学蛋白质组学在研究小分子-蛋白质相互作用方面取得了显著进展。然而，总蛋白范围内的半胱氨酸配体能力分析仍然具有挑战性，难以适用于96孔板或384孔板的高通量应用，主要原因是缺乏能够使用低蛋白输入量而达到分析目的的平台。在这里，我们开发了一种经过改进的基于孔板的平台，可以使用10或20毫克蛋白，分别对大约18,000或24,000个活性半胱氨酸进行常规检测。这相当于在降低5-10倍蛋白用量的同时提高了2-3倍的半胱氨酸鉴定数目。利用该平台对192个共价配体的结合靶点进行了大规模分析，一共鉴定到了38450个半胱氨酸位点。我们进一步将该平台应用于寻找已知药物的新靶标，发现KRASG12C抑制剂ARS-1620结合并抑制了一个非靶标腺苷激酶（ADK）。因此，该平台是向蛋白组中的活性半胱氨酸的高通量鉴定迈出的重要一步。

　　对无琥珀的HIV-1原病毒进行生物正交点击化学标记，可用于病毒内的单分子成像

　　人类免疫缺陷病毒1（HIV-1）包膜（Env）糖蛋白的结构动力学与细胞入侵和免疫逃逸密切相关。使用肽对Env进行标记的单分子FRET的方法揭示了Env的结构动力学，但肽的使用可能会对结构完整性/动力学产生潜在影响。而在Env中抑制琥珀终止密码子后，再通过点击化学将非典型氨基酸（ncAAs）掺入到其中，是一种最小侵入性的方法，但对HIV-1来说在技术上具有较大的挑战。在这里，我们开发了一个完整的无琥珀密码子的HIV-1系统，克服了病毒琥珀密码子存在的障碍。我们在无琥珀病毒上实现了对Env双重ncAA的掺入，使其能够对使用点击化学标记的Env进行单分子Förster共振能量转移（smFRET）研究。该研究验证了先前基于肽的标记方法得到的结果，Env 蛋白具有形成多种构象的倾向。无琥珀点击化学标记的Env还使得能够实时追踪细胞中单病毒的内吞和运输。因此，我们开发的系统能够对蛋白质进行病毒内生物正交标记，从而有助于研究病毒入侵、运输和从细胞中释放的全过程。

　　一种基于邻近标记技术的正交捕获策略发现HDAC8通过调控皮肌动蛋白乙酰化促进细胞运动

　　传统的亲和方法很难捕捉到体内酶与翻译后修饰（PTM）底物的瞬时相互作用。因此，我们提出了一种名为基于邻近标记技术的正交捕获策略（ProLORT）。这种方法依赖于APEX2催化的邻近标记和一个正交捕获流水线，结合定量蛋白质组学，直接研究酶-PTM底物的瞬时相互作用。作为概念验证，ProLORT可以对已知的HDAC8底物组织蛋白H3K9ac进行可靠的评估。通过利用这一方法，我们发现了很多潜在的HDAC8靶向的乙酰化蛋白底物，并进一步证实CTTN在体内是一个真实的底物。接下来，我们证明了HDAC8通过去乙酰化CTTN的第144位赖氨酸削弱了其与F-actin的相互作用，从而促进细胞运动。这个发现拓展了关于HDAC8的潜在调节机制的理解。我们开发了一种通用策略来分析由PTMs介导的瞬时酶-底物相互作用，为识别细胞内受酶调控的时空PTM网络提供了强大的工具。