分享一篇發表在JACS上的文章，文章題目為“Acrolein-Mediated Conversion of Lysine to Electrophilic Heterocycles for Protein Diversification and Toxicity Profiling”，文章的通訊作者為文章通訊作者為埃默里大學化學系的Monika Raj助理教授，她們課題組的主要研究領域是為研究生物分子開發新的化學反應和連接方法。
丙烯醛是一種劇毒代謝物，在脂質過氧化和炎癥過程中內源代謝產生或者由香煙煙霧和工業排放物等環境污染物外源產生，它會與蛋白質上的親核殘基發生共價反應，還會進一步與其他蛋白發生交聯，接觸丙烯醛會導致多種疾病的發生。在本文研究中，作者發現蛋白上的賴氨酸可以通過兩次邁克爾加成反應與兩分子的丙烯醛發生反應，然后進行分子內羥醛反應并脫水，形成3-甲酰基-3，4脫氫哌啶基團（3-formyl-3,4-dehydropiperidino, FDP），之后FDP還可以進一步轉化為3-甲基吡啶(3-methylpyridinium, MP)，為追蹤蛋白修飾提供了獨特的工具。
為了鑒定α，β-不飽和醛代謝物誘導的蛋白質修飾和交聯，作者最初使用含有賴氨酸的模型肽Ac-GKFV(1a)優化了反應，發現37℃下使用3/5當量的丙烯醛與模型肽反應5 h后，模型肽會完全轉化為FDP修飾的肽，如果N端為裸露的氨基，16h之后模型肽會轉化為雙FDP修飾的產物。作者為了加速FDP的形成，優化了反應溫度，結果發現在60℃或者80℃時，得到的產物均為MP修飾，并對MP修飾產生的機制進行了探究。作者還探究了丙烯醛上進行不同衍生對該反應的影響，發現不論是在雙鍵的哪個位置進行取代均會對MP修飾的形成造成負面影響。
之后，作者研究了丙烯醛與不同親核氨基酸的反應性，發現它只會在賴氨酸上產生環化修飾，會與半胱氨酸發生一次邁克爾加成反應，且在一條多肽上同時存在其他親核殘基的情況下，丙烯醛會特異性地與賴氨酸發生反應形成FDP修飾，基于此選擇性，作者進一步探究了在FDP修飾存在的情況下，使用含有氨基的小分子對多肽或者蛋白進一步修飾的可能性，而且FDP是雙功能化的基團，可以與含有氨基的小分子反應之后，再與含有巰基的小分子反應。同時，FDP在蛋白質組樣品制備過程中會在高溫變性條件下轉化為MP，而MP的質譜響應較好，于是作者后續進行了蛋白質組學分析，找到了丙烯醛修飾的高反應性位點，并對丙烯醛誘導的蛋白質交聯進行了初步研究。
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綜上所述，作者發現蛋白上的賴氨酸殘基會與丙烯醛發生兩次邁克爾加成，形成FDP并進一步轉化為MP，該反應可進一步用于蛋白的衍生化，或者分析內源丙烯醛的毒性。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c12928
文章引用：10.1021/jacs.4c12928
