Angew. Chem.：具有光交联和光敏性能的仿生荧光蛋白发色基团

荧光蛋白自发现以来，通过不断的功能进化实现了其光物理和光化学性质的精准调控，以及在多个领域中的广泛应用。例如，对绿色荧光蛋白的进化，可得到具有不同荧光光谱性质的荧光蛋白（如CFP、YFP、RFP等）；通过在发色基团附近引入光反应基团，可获得具有光致变色荧光蛋白（如Dronpa和Kaede等）；也可通过调控发色基团的骨架结构，实现单重态荧光性质到三重态光敏功能的拓展（如KillerRed）。

领域内通常认为，作为一类仿生荧光发色基团（HBI），化学衍生的HBI类分子在脱离荧光蛋白的微环境后通常会失去其荧光性质，但处于空间禁阻微环境中发出强烈荧光。基于上述机理，HBI骨架分子被广泛的应用在识别核酸分子、监控蛋白质的聚集和构建金属-有机框架发光材料等。然而，目前报道的荧光蛋白发色团衍生物及其应用均基于其荧光性质，对于其三重态光敏性质的研究还鲜有报道（图1）。

图1. 荧光蛋白发色团衍生物的应用。

近日，中国科学院大连化学物理研究所刘宇研究员、张丽华研究员以及西湖大学张鑫教授团队合作，对绿色荧光蛋白发色团骨架（HBI）进行理性结构衍生，实现了其三重态光敏性质的规律调控，并展示了此类分子在光交联聚集态蛋白质、发色团辅助光失活（CALI）、光动力治疗（PDT），以及有机反应光聚合等多个领域中的广泛应用（图1）。

该团队首先在HBI骨架上进行共轭延伸、调整芳香杂环的位置、引入重原子等结构衍生（图2A），发现调控其芳香杂环的位置和引入卤素重原子可以有效的提升此类分子产生活性氧的效率（图2B）。课题组之前的工作论证了HBI衍生物具有与聚集态蛋白的天然亲和力（图2C），该工作报道的这类分子也可以通过产生的活性氧实现聚集态蛋白不同程度的氧化和交联（图2D）。

图2. 荧光蛋白发色团衍生物的光敏性质调控。（A）荧光蛋白发色团衍生物的结构设计；（B）衍生物产生活性氧的效率；（C）衍生物结合聚集态蛋白的结合力；（D）衍生物交联聚集态蛋白的能力。

该团队通过蛋白质组学和交联质谱分析，鉴定了光氧化和光交联聚集态蛋白质的反应位点和反应类型，并发现随着蛋白聚集的程度加剧，交联的氨基酸残基增多（图3A），揭示了其内部紧实程度的加剧。此外，在活细胞内，该类探针也展示了其选择性交联聚集态蛋白质的能力（图3B），为揭示聚集态蛋白质之间的互作信息提供了一种新的方法。

图3.（A）探针特异性交联聚集态蛋白；（B）探针在细胞中交联聚集态蛋白质。

此外，作为一类新型光敏分子，本工作也展示了其在发色团辅助光失活（CALI）、光动力治疗（PDT）、光聚合有机反应等场景的广泛应用（图4）。

图4.（A）探针在发色团辅助光失活中的应用；（B）探针在光动力治疗中的应用；（C）探针在有机反应光聚合中的应用。

这一成果近期发表于Angewandte Chemie International Edition。文章的通讯作者是中国科学院大连化学物理研究所刘宇研究员、张丽华研究员和西湖大学张鑫教授。中国科学院大连化学物理研究所吴凯丰研究员和华盛顿大学李晓松教授为该项目的激发态测量和理论计算进行提供了大力的支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Enabling Photo-Crosslinking and Photo-Sensitizing Properties for Synthetic Fluorescent Protein Chromophores

Huan Feng, Qun Zhao, Beirong Zhang, Hang Hu, Meng Liu, Kaifeng Wu, Xiaosong Li, Xin Zhang,* Lihua Zhang,* and Yu Liu*

Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202215215