生物正交反應（Bioorthogonal reaction）是指能夠在活體環境下進行的化學反應, 對生命科學的基礎研究和臨床應用都具有重要意義。陳鵬課題組長期緻力于發展活細胞上的生物正交反應，并在最近提出了“生物正交斷鍵反應（Bioorthogonal bond-cleavage reaction）” 這一該領域的全新概念 （Nat. Chem. Biol. 2016, 12, 129-137）。例如，他們之前開發了由 “逆電子需求的狄爾斯－阿爾德反應（invDA）”介導的生物正交斷鍵策略，具有反應速率快、特異性強、活體兼容性好等特點，已被用于活細胞内蛋白質的激活（Nat. Chem. Biol. 2014, 10, 1003–1005）。在最新的進展中，他們将該反應首次拓展至小鼠體内，并實現了蛋白激酶的特異激活。相關工作以“Bioorthogonal Chemical Activation of Kinases in Living Systems”為題，發表在《ACS Central Science》雜志上。
蛋白激酶在細胞信号轉導中扮演了極為關鍵的角色。實現激酶活性的可控操縱，尤其是高選擇性的、功能獲得性的調控，将極大地增強我們研究特定激酶性質的能力。到目前為止，人們僅有幾種可用的激酶激活策略，而這些方法要麼需要繁瑣的蛋白質設計和改造，要麼僅适用于少數激酶,不具普适性。更為重要的是,目前尚缺乏一種适用于活體動物的激酶激活技術。
在本工作中，陳鵬課題組利用遺傳密碼子拓展的方法，在活細胞中将反式環辛烯保護的賴氨酸（TCOK）引入目标激酶的關鍵賴氨酸位點，使表達的激酶不具有活性。随後，通過加入二甲基四嗪（Me2Tz）分子誘導斷鍵反應的發生，該關鍵賴氨酸可被原位釋放，使激酶活性得以恢複。在文章中，他們通過該策略成功激活了MEK1激酶，FAK激酶以及Src激酶的癌症突變體，展示了該策略在不同家族激酶成員中的普适性。
他們還進一步将該策略拓展到活體動物體系，通過将表達有目的蛋白質的細胞皮下注射到小鼠體内，随後從尾靜脈注射二甲基四嗪試劑，能夠有效激活螢火蟲熒光素酶（fLuc）以及Src激酶等靶标。實驗結果表明，這一生物正交斷鍵策略可在活體動物中實現快速和高效的蛋白質激活。
在活體動物内利用“生物正交斷鍵反應”調控激酶信号通路
這一突破将生物正交斷鍵反應成功地拓展到了活體動物内。近日，美國化學會的《化學與工程新聞》周刊（Chemical&Engineering News）以“New technique turns on specific kinases in mice”為題，對這一工作進行了專題報道。激酶及信号轉導研究領域的權威，約翰霍普金斯大學教授Philip A. Cole在報道中評價這一工具“可在複雜環境中調控激酶活性”。
今後陳鵬課題組拟利用這一策略廣泛研究激酶信号轉導問題，以期深入理解疾病與激酶活性的關系。beat365前沿交叉學科研究院、生命科學聯合中心12級博士研究生張功和beat36515屆博士畢業生李劼是該論文的共同第一作者。相關工作得到了國家自然科學基金委、科技部、教育部、北大-清華生命科學聯合中心的資助。
（ACS Central Science雜志是美國化學會于2015年創刊的一本開源雜志，由斯坦福大學教授Carolyn R. Bertozzi擔任主編，以化學為中心學科，緻力于發表化學與其他學科交叉領域的高端研究成果。）
ACS Cent. Sci.原文鍊接：http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscentsci.6b00024
C&E News新聞鍊接：http://cen.acs.org/articles/94/i19/New-technique-turns-specific-kinases.html
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