基于基因编码二硫戊环氨基酸与有机砷探针的可逆蛋白质标记技术

针对传统蛋白质标记技术不可逆共价键的局限性，研究人员开发了基于基因编码二硫戊环氨基酸（dtF）与有机砷探针（A2）的可逆标记策略。该技术实现了室温1小时内近定量标记与乙二硫醇介导的去除，毒性显著降低（IC50提升7倍），荧光衍生物A2-FB无细胞毒性（≤100 μM），首次在单氨基酸残基水平验证二硫-砷化学，为动态蛋白质修饰与活细胞分子追踪提供了新工具。

　　

蛋白质标记技术是解析生命过程的重要工具，但传统方法依赖不可逆共价键（如荧光基团偶联），难以实现动态调控。这一局限阻碍了蛋白质功能实时追踪与精准编辑的应用。更棘手的是，现有策略如基于半胱氨酸的砷结合需依赖双半胱氨酸（dicysteine）基序，限制了靶点设计的灵活性。此外，砷类试剂的高毒性（如苯砷氧化物）进一步制约了其在活细胞中的应用。

针对这些问题，一项发表于《Bioconjugate Chemistry》的研究提出突破性解决方案：通过基因编码的二硫戊环氨基酸（dithiolane-containing amino acid, dtF）与新型有机砷探针dithiarsolane dicarboxylic acid（A2）的定向结合，首次实现单氨基酸残基水平的可逆蛋白质标记。研究人员验证了该技术在纯化蛋白（sfGFP-Y151dtF和肌红蛋白MYO-K99dtF）及活大肠杆菌中的高效性，其标记效率接近定量水平，且可在室温下1小时内通过乙二硫醇（EDT）快速去除。毒性测试显示，A2的半数抑制浓度（IC₅₀）较传统砷试剂提升7倍，其荧光衍生物A2-FB在100 μM浓度下仍无细胞毒性，为活细胞动态研究扫除了障碍。

关键技术包括：1）基因密码子扩展技术插入dtF；2）有机砷探针A2/A2-FB的合成与表征；3）高效液相色谱（HPLC）与质谱分析标记效率；4）细胞毒性测试（MTT法）；5）活大肠杆菌标记与共聚焦显微成像。

标记效率与可逆性验证
通过HPLC与质谱分析，sfGFP-Y151dtF与A2的结合效率达95%以上，EDT处理1小时后标记率降至<5%，证实了反应的可逆性。

毒性优化与活细胞应用
A2对HEK293T细胞的IC₅₀为35.2 μM，显著优于砷氧化物（5.0 μM）。A2-FB在100 μM时仍不影响细胞活性，成功实现活菌内sfGFP的时空分辨标记。

结构创新性
晶体结构解析显示，dtF的环状二硫键与砷形成稳定的五元环结构，突破了传统dicysteine基序的线性结合模式。

该研究开创了二硫-砷化学在单氨基酸残基的应用先例，其核心意义在于：1）提供了一种低毒性、高时空精度的蛋白质动态标记工具；2）拓展了非天然氨基酸在合成生物学中的设计维度；3）为蛋白质功能调控、药物递送系统开发提供了新思路。未来或可应用于蛋白质相互作用动态图谱绘制、疾病相关蛋白活性实时监测等领域。