基于新型光诱导原位“点击”荧光的生物正交反应研究及生物大分子动态修饰标记

Proteins are one of the most important components in living systems and function through interactions with various biomolecules. To discuss the physiological roles of proteins, it is very important to investigate protein localization, transportation, functions, and so on. It is the key to uncover the mysteries of life, transform life and conquer diseases. The development of real-time visualization of labeling methods for proteins and biomolecules in cells to visually understand the molecular basis of life is of great significance. How to achieve the chemical reactions bearing the characteristics of bioorthogonal response, and at the same time with efficient "click" the role of fluorescent switch, to achieve "fluorescence off---click reaction to open" action (in situ “click-like” fluorescent bioorthogonal reaction), is the current biochemist urgent need to solve the problem. Research and development of a new, more effective, widely applicable, direct in situ "click" fluorogenic bioorthogonal reaction has important scientific and medicinal significance. In this project, we will carry out a study on fluorogenic bioorthogonal reactions based on in situ "click" fluorescence, and application of dynamic modification and labeling in biological macromolecules.

蛋白质是生命系统最重要的组份之一，并通过与各种生物分子之间的相互作用发挥功能。研究蛋白质的生理作用，蛋白质的定位、转运和功能等是很重要的，是解开生命奥秘、改造生命和征服疾病的关键。发展对细胞内的蛋白质及生物分子实时可视化的标记方法对于理解生命的分子基础有着重要的意义。如何实现化学反应能够具备生物正交反应的特点，而同时具有高效“点击”荧光开关的作用，实现“荧光关―点击反应即开”的动作，即原位“点击”荧光的生物正交反应是当前生物化学家亟需解决的问题。研究和发展一种新的更为有效、适用广泛、操作简单的原位直接“点击”荧光的生物正交反应具有重要的科学研究意义和生药应用意义。本项目中，拟开展基于原位“点击”荧光的生物正交反应研究及在生物大分子动态修饰标记研究中的应用方面的研究工作。

发展对细胞内的蛋白质及生物分子实时可视化的标记方法对于理解生命的分子基础有着重要的意义。如何实现化学反应能够具备生物正交反应的特点，而同时具有高效“点击”荧光开关的作用，实现“荧光关―点击反应即开”的动作，即原位“点击”荧光的生物正交反应是当前生物化学家亟需解决的问题。研究和发展一种新的更为有效、适用广泛、操作简单的原位直接“点击”荧光的生物正交反应具有重要的科学研究意义和生药应用意义。. 本项目开展基于原位“点击”荧光的生物正交反应研究及在生物大分子动态修饰标记研究中的应用方面的研究工作。开发了一种具有“点击”原位荧光的能力的亚硝基/二烯探针对的正交反应，并验证了其在用于动态细胞成像的荧光探针和活细胞标记策略中的有效性和可控性。通过对蛋白质和活细胞的进一步紫外激活荧光标记实验，证明亚硝基环加成是一种有效的荧光标记工具。研究成果发表在Advanced Science (DOI: 10.1002/advs.201802039)，其相关技术申请国家发明专利一项（申请号：201910022780.2）。. 项目研究过程中，开发了一种新型不对称氟化反应方法。本研究首次报道了一种以BF3Et2O作为氟源和活化试剂，手性高价碘作为催化剂，实现了不饱和酰胺的催化亲核氟杂环化反应，得到了一系列手性氟代噁嗪衍生物（最高可达 > 99% ee和 > 20: dr）及氟代苯并N,O-环庚烷化合物。研究成果发表在Nature Communications （DOI：10.1038/s41467-021-24278-3）。. 以上述研究为基础，在应用于生物学研究的过程中进一步取得了成果。我们团队创新性设计合成并筛选得到了基于脂联素的激动剂JT003，其有效改善NASH小鼠的胰岛素抵抗，并抑制CCl4诱导的肝纤维化中肝星状细胞（HSC）的激活。JT003同时刺激脂联素受体AdipoR1和AdipoR2介导的信号通路以及PI3K-Akt通路，此外，JT003显著改善内质网线粒体轴功能，这有助于降低HSC的激活。此研究为开发基于AdipoRs的肝纤维化治疗提供了药理学和生物学基础。相关研究成果发表在Nature Communications（DOI: 10.1038/s41467-020-19668-y）。研究成果获得授权发明专利一项，授权专利号ZL20191008515