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用于 PCS NMR 光谱学的新型镧系螯合标签,具有还原稳定的刚性连接体,可快速不可逆地与蛋白质偶联。

New Lanthanide Chelating Tags for PCS NMR Spectroscopy with Reduction Stable, Rigid Linkers for Fast and Irreversible Conjugation to Proteins.

机构信息

Department of Chemistry , University of Basel , St. Johanns-Ring 19 , 4056 Basel , Switzerland.

出版信息

Bioconjug Chem. 2018 Oct 17;29(10):3344-3351. doi: 10.1021/acs.bioconjchem.8b00512. Epub 2018 Sep 12.

DOI:10.1021/acs.bioconjchem.8b00512
PMID:30160477
Abstract

Lanthanide chelating tags (LCTs) have been used with great success for determining structures and interactions of proteins and other biological macromolecules. Recently LCTs have also been used for in-cell NMR spectroscopy, but the bottleneck especially for demanding applications like pseudocontact shift (PCS) NMR is the sparse availability of suitable tags that allow for site-selective, rigid, irreversible, fast, and quantitative conjugation of chelated paramagnetic lanthanide ions to proteins via reduction stable bonds. We report here several such tags and focus on a new pyridine thiazole derivate of DOTA, that combines high affinity, rigidity, and selectivity with unprecedented tagging properties. The conjugation to the cysteine thiol of the protein results in a reductively stable thioether bond and proceeds virtually quantitatively in less than 30 min at 100 μM protein concentration, ambient temperature, and neutral pH. Upon conjugation of the new tag to two single cysteine mutants of ubiquitin and a single cysteine mutant of human carbonic anhydrase type II (30 kDa) only one stereoisomer is formed (square antiprismatic coordination, Λ(δδδδ)) and large to very large pseudocontact shifts as well as large residual dipolar couplings (RDCs) are observed by NMR spectroscopy. The PCS and RDC show excellent agreement with the solid state structure of the proteins. We believe that the pyridine thiazole moiety reported here has the potential to serve as a thiole reactive group in various conjugation applications; furthermore, its terbium complex shows strong photoluminescence upon irradiation and may thus serve as a donor group for Förster resonance energy transfer spectroscopy.

摘要

镧系螯合物标签 (LCTs) 已成功用于确定蛋白质和其他生物大分子的结构和相互作用。最近,LCTs 也被用于细胞内 NMR 光谱学,但对于要求苛刻的应用,如伪接触位移 (PCS) NMR,特别是标签的稀疏可用性是一个瓶颈,这些标签允许通过还原稳定的键将螯合的顺磁镧离子选择性、刚性、不可逆、快速和定量地连接到蛋白质上。我们在这里报告了几个这样的标签,并重点介绍了一种新的吡啶噻唑衍生的 DOTA,它结合了高亲和力、刚性和选择性以及前所未有的标记特性。该标签与蛋白质的半胱氨酸巯基的缀合导致还原稳定的硫醚键,在 100 μM 蛋白质浓度、环境温度和中性 pH 下,在不到 30 分钟内几乎定量进行。在将新标签缀合到两个单半胱氨酸突变体的泛素和一个单半胱氨酸突变体的人碳酸酐酶 II(30 kDa)后,仅形成一种立体异构体(正方形反棱柱配位,Λ(δδδδ)),并通过 NMR 光谱观察到大到非常大的伪接触位移以及大的残余偶极耦合(RDC)。PCS 和 RDC 与蛋白质的固态结构非常吻合。我们相信,这里报道的吡啶噻唑部分有可能作为各种缀合应用中的硫醇反应基团;此外,其铽配合物在照射后表现出强的光致发光,因此可能作为Förster 共振能量转移光谱学的供体基团。

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