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北大提出活细胞内“狄尔斯－阿尔德”反应

狄尔斯-阿尔德反应(diels–alder reaction)是久负盛名的双烯加成反应，在现代合成化学中有着广泛的应用。近年来，“逆电子需求的狄尔斯-阿尔德反应”(inverse electron-demand diels–alder reaction，“(逆)狄-阿”反应)开始被应用于抗体修饰、材料合成和活体标记等多个领域。北京大学化学与分子工程学院的陈鹏课题组长期致力于发展活细胞内的外源化学反应。最近，他们首次在活细胞的蛋白质上实现了“(逆)狄-阿”反应，并将其应用于蛋白酶的激活。相关工作以“diels–alder reaction-triggered bioorthogonal protein activation in living cells”为题于2014年11月2日在《自然?化学生物学》杂志在线发表。

陈鹏课题组近期在开发活细胞内的生物正交反应中取得了一系列的突破(nat. chem. 2014, 6, 352-61; nat. commun. 2014, 5, 4981;j. am. chem. soc. 2013, 135, 7330-8; chem. soc. rev. 2014, 43, 6511-26.)，特别是生物正交消除反应的提出，丰富了生物正交反应的内容。在最新的进展中，基于对“(逆)狄-阿”反应的了解，他们发现，对于烯丙位被氧原子取代的反式环辛烯，在与3，6-二甲基-1,2,4,5-四嗪发生反应后会进一步发生重排，诱导环辛烯骨架与氧原子之间c-o键的断裂，从而发生脱除反应。这种特殊的“(逆)狄-阿”反应类型首先在有机小分子上和模型蛋白质上得到了很好的验证，随后，他们又在活细胞内的蛋白质上进行了尝试。实验数据表明，该反应能够很好地与生物体系兼容，对于插入活细胞内蛋白质上的反式环辛烯保护的赖氨酸，能在十分钟内将其高效转化为天然的赖氨酸。

随后，他们将“(逆)狄-阿”反应应用于小分子介导的蛋白质激活。首先，他们在萤火虫荧光素酶的活性位点引入环辛烯保护的赖氨酸，从而有效地抑制了其催化活性。在实验中，通过四嗪介导的“(逆)狄-阿”反应，能否释放出被保护的催化赖氨酸残基，实现荧光素酶的特异激活。与此同时，利用该酶活性定量可测的特点，他们将反应产率与生物发光的信号强度关联起来，高效定量地监测了这一活体内的蛋白质脱保护反应。数据表明，该反应能够在15分钟内激活90%以上处于抑制状态的蛋白质酶。

这一突破将针对“蛋白质激活的理性设计”从概念验证提升到了拓展应用阶段，具有重要的意义。目前，该反应在活体动物当中的应用正在进行中。北京大学化学与分子工程学院10级博士研究生李劼和14届本科毕业生贾上是该论文的共同第一作者。该项工作得到了国家自然科学基金委、科技部、教育部、北大-清华生命科学联合中心的资助。

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