之前的研究表明在水溶液體系中，鹵素和過氧化物能夠快速定量地將碲吩中的二價碲氧化為四價碲，使碲吩的芳香性降低，反應性提高。同時，包含碲吩結構的L-碲吩丙氨酸（TePhe）作為L-苯丙氨酸（Phe）的類似物，具有與苯丙氨酸高度相似的結構以及較低的毒性，使得細胞能夠通過內源性機制有效地將其攝入細胞并摻入蛋白質中。本文中作者在此基礎上開發出了一種基于碲吩的生物正交反應，稱為氧化控制、張力促進的碲吩炔基環氧化反應（Oxidation-Controlled, Strain-Promoted Tellurophene-Alkyne Cycloaddition, OSTAC）：TePhe在N-氯琥珀酰亞胺（NCS）的氧化作用下，從Te（Ⅱ）被氧化為Te（Ⅳ），Te（Ⅳ）與橋環[6, 1, 0]壬炔（BCN）作用，可以發生張力促進的環加成反應。
作者首先用N-乙酰-L-碲吩丙氨酸-異丙酰胺作為TePhe在多肽鏈中的模型，驗證了TePhe在水溶液體系中與NCS的反應性。通過引入N-甲基琥珀酰亞胺（NMM），并通過ESIMS與1H NMR對反應結果進行分析，作者證明了NCS氧化得到的Te（Ⅳ）物種自身之間以及與NMM之間均可以發生環加成反應，推測的反應歷程如圖所示。
接著，作者嘗試用化合物1與BCN反應，實驗證明在NCS的作用下，化合物1能夠快速完全地與BCN進行環加成反應，得到苯并環辛烷產物。動力學研究表明動力學分析表明，微摩濃度的反應物能夠在20分鐘內反應完全，反應的速率常數為110 ± 10 M-1·s-1，反應決速步為環加成反應。該反應的動力學常數表明，Te（Ⅳ）與BCN的反應速率是Te（Ⅳ）自身二聚反應的5000倍。因此，OSTAC反應比大多數的SPAAC和SPANC反應都要快，與CuAAC的反應速率相當。
為了評估OSTAC反應的生物正交性，作者在三種具有不同二級結構和氨基酸組成的蛋白（MBP、Bcx、3CLpro）中引入了TePhe，接著用NCS和帶有熒光素修飾的BCN探針（BCN-FAM）對蛋白進行標記，通過SDS-PAGE和ESI-MS證明OSTAC處理后BCN探針的標記能夠選擇性地發生在TePhe位點。但是在實驗中作者發現NCS處理后會造成部分甲硫氨酸（Met）以及半胱氨酸（Cys）氧化，并且在對含有Cys的蛋白進行標記時，Cys會通過巰基-炔基反應以及磺酸基團的環加成反應使BCN發生非特異性標記。為了解決非特異性標記的問題，作者利用了DBCO與TePhe的低反應性，在BCN-FAM標記之前，先將蛋白與DBCO-OH以及NCS共孵育，并結合IAA的巰基烷基化處理，有效地消除了非特異性標記，并且這種阻斷對于TePhe本身的反應并沒有影響。
文章作者：LHC
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c07275
責任編輯：WXL
