毒素蛋白探针的化学合成及其生物学应用

In the proposed project, we plan to develop new strategy for the chemical synthesis and modification of toxin probe. This toxin should be act as probe to study the mechanism of the interaction between receptor and toxin. We design to realize the objective including follow four part: (1) firstly, develop new method to increase the efficiency of the chemical synthesis of toxin, such as new Cys protecting group and aggregation-disrupting backbones; (2) secondly, we use diamino diacids to replace disulfide bond for optimizing and increasing the efficiency of toxin protein folding and renaturation; (3) thirdly, some fluorescence, biotin and cross-linking group labeled toxins were obtained for biological application by new transpeptidase mediated protein site-specfic labeling and modification; (4) finally, we paln to use abovementioned toxin probes to examine the follow biological problems, including a. determine the specific binding structure between toxin and its receptor ion channel; b. detect and identify the new receptor of toxin and study the sequence of amino acids in key binding pocket.

本项目拟发展高效合成、修饰毒素蛋白探针的新方法，并将其做为工具研究毒素蛋白与受体相互作用的生物化学机制。具体课题设计及拟实现的目标主要包括：⑴ 针对含有多对二硫键毒素蛋白合成的困难，发展新型半胱氨酸及采用特殊基团降低多肽片段聚集等方法，实现蛋白质分子的高效合成；⑵ 优化蛋白复性条件，采用二氨基二酸替代二硫键策略提高蛋白折叠、复性效率；⑶ 运用特异性转肽酶的修饰方法在生理条件下实现毒素蛋白端基的功能基团修饰，得到具有重要生物学应用价值：诸如荧光标记，生物素标记及光交联基团修饰的毒素蛋白探针；⑷ 将上述蛋白质探针用于发现，解释重要的生物学机制，包括：a. 观察毒素与离子通道结合的结构变化，并通过发现结合的关键区域进而设计抑制剂；b. 捕获、鉴定与新型毒素蛋白相互作用的未知受体蛋白，发现关键结合位点的结构特征，最终达到设计类似药物分子的医药学价值。

随着生物医学和化学生物学的快速发展，毒素蛋白（ toxin） 在药物研发及疾病治疗等领域发挥了越来越重要的作用。通过体外化学合成的策略获得修饰后的毒素蛋白，并进而将其作为探针用于研究与受体蛋白的相互作用或发现新的受体成为了一个可行且高效的方法。在本项目的支持下，主要开展了两个方向的研究内容：a. 发展了多肽、蛋白质化学合成新方法，主要包括微波辅助合成策略、新硫醇MTG用于高效的一锅连接脱硫反应、基于新型辅基的自然化学链接策略等；b. 合成了系列毒素蛋白探针、蛋白质探针及含有多对二硫键的药用多肽，包括曼巴蛇毒（mambalgin-1/2/3）、荧光标记的单泛素探针、含有光亲和标签的二泛素探针、含有新型二氨基二酸取代二硫键的催产素等。 目前由本课题组发展的合各类毒素蛋白探针及药用多肽的化学合成新方法已得到国际学术界和工业界的广泛应用。