综述：近邻标记技术的最新进展：新型化学方法、光学控制以及可编程反应边界

《Current Opinion in Chemical Biology》：Recent advances in proximity labeling: New chemistries, optical control and programmable reaction boundaries

　　

方宇欣|王刚|邹鹏

北京大学化学与分子工程学院，合成与功能生物分子中心，北京分子科学国家实验室，教育部生物有机化学与分子工程重点实验室，北大-IDG/麦戈文脑科学研究所，北京RNA生物学高级中心（BEACON），中国北京市100871

邻近标记技术已成为一种广泛应用的化学策略，用于绘制活体系统中的分子邻域结构。最近的进展正在将这一领域从扩展邻近标记技术工具箱的方向，转向设计能够控制标记发生的时间、范围以及反应中间体传播距离的反应边界。在本综述中，我们重点介绍了四个方面的最新发展。首先，新的基因编码酶系统减少了对传统过氧化物或生物素依赖型化学方法的依赖。其次，光控邻近标记技术通过光活化酶、基因编码的光催化剂、自标记标签配体以及荧光基团激活蛋白系统，实现了更好的时间控制。第三，分子尺策略和工程化酶探针对有助于我们更精确地了解并控制标记半径。最后，一些新兴平台将共价标记技术用于信号整合和功能放大。总体而言，这些进展使得邻近标记技术成为一种可用于空间定位、分子记录和生物干预的可编程化学工具。

引言

邻近标记技术已从一种用于分析局部蛋白质组的专用方法，发展为一种用于记录分子邻域结构的广泛化学策略。其基本原理很简单：一种经过基因定位的催化剂在原位生成反应中间体，附近的生物分子会在该中间体被淬灭或扩散之前被共价标记[1,2]。这种设计使得无需对相关结构进行物理纯化，就能在活细胞中捕捉到短暂、弱或空间上受限的分子相互作用。

随着邻近标记技术被应用于越来越多样的生物学研究场景，“邻近”这一概念的含义也变得更为重要且复杂。空间信息不仅取决于邻近标记催化剂的定位，还与反应中间体的化学性质、寿命和扩散能力、激活时机、目标残基或核碱基的可达性以及当地生物分子的流动性有关。因此，即使两种邻近标记技术针对的是同一个细胞位点，它们所检测到的分子邻域也可能有所不同，这并非因为其中一种技术一定比另一种更准确，而是因为它们具有不同的反应边界。

最近，邻近标记技术的一些新发展开始直接解决这一问题。新的酶系统减少了对传统过氧化物或生物素依赖型化学方法的依赖；光控方法提升了时间控制能力，并扩大了可使用的反应中间体范围；分子尺策略则能提供更准确的标记半径数据；此外，一些新兴平台还将共价标记技术转化为可用于信号记录、整合或功能放大的工具。在本综述中，我们将重点介绍那些体现从扩展邻近标记技术工具箱向设计反应边界转变的最新进展。

章节摘录

拓展基因编码酶驱动的邻近标记化学技术

由于邻近标记技术的反应边界首先由生成反应中间体的化学过程决定，因此最近的研究重新审视了邻近标记技术的酶核心部分。传统的酶介导方法主要依赖于两种反应策略：过氧化物酶催化的酚类探针氧化反应，以及生物素连接酶介导的生物素活化反应。最近的发展通过引入新的酶、底物和反应中间体，解决了传统方法存在的一些局限性。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

由于本综述篇幅有限，未能提及一些同事的相关工作，对此我们深表歉意。本研究得到了中华人民共和国科学技术部（2022YFA1304700）、国家自然科学基金委员会（32088101）以及北京分子科学国家实验室（BNLMS-CXXM-202403）的支持。