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使用4-氟-2,6-二氰基吡啶在蛋白质上进行镧系元素结合位点的位点选择性生成。

Site-selective generation of lanthanoid binding sites on proteins using 4-fluoro-2,6-dicyanopyridine.

作者信息

Mekkattu Tharayil Sreelakshmi, Mahawaththa Mithun C, Feintuch Akiva, Maleckis Ansis, Ullrich Sven, Morewood Richard, Maxwell Michael J, Huber Thomas, Nitsche Christoph, Goldfarb Daniella, Otting Gottfried

机构信息

Research School of Chemistry, Australian National University, Canberra, ACT 2601, Australia.

ARC Centre of Excellence for Innovations in Peptide & Protein Science, Research School of Chemistry, Australian National University, Canberra, ACT 2601, Australia.

出版信息

Magn Reson (Gott). 2022 Sep 13;3(2):169-182. doi: 10.5194/mr-3-169-2022. eCollection 2022.

DOI:10.5194/mr-3-169-2022
PMID:37904871
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10539774/
Abstract

The paramagnetism of a lanthanoid tag site-specifically installed on a protein provides a rich source of structural information accessible by nuclear magnetic resonance (NMR) and electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. Here we report a lanthanoid tag for selective reaction with cysteine or selenocysteine with formation of a (seleno)thioether bond and a short tether between the lanthanoid ion and the protein backbone. The tag is assembled on the protein in three steps, comprising (i) reaction with 4-fluoro-2,6-dicyanopyridine (FDCP); (ii) reaction of the cyano groups with -cysteine, penicillamine or -cysteine to complete the lanthanoid chelating moiety; and (iii) titration with a lanthanoid ion. FDCP reacts much faster with selenocysteine than cysteine, opening a route for selective tagging in the presence of solvent-exposed cysteine residues. Loaded with and ions, pseudocontact shifts were observed in protein NMR spectra, confirming that the tag delivers good immobilisation of the lanthanoid ion relative to the protein, which was also manifested in residual dipolar couplings. Completion of the tag with different 1,2-aminothiol compounds resulted in different magnetic susceptibility tensors. In addition, the tag proved suitable for measuring distance distributions in double electron-electron resonance experiments after titration with  ions.

摘要

位点特异性安装在蛋白质上的镧系元素标签的顺磁性提供了丰富的结构信息来源,可通过核磁共振(NMR)和电子顺磁共振(EPR)光谱获取。在此,我们报道了一种镧系元素标签,它能与半胱氨酸或硒代半胱氨酸发生选择性反应,形成(硒代)硫醚键以及镧系离子与蛋白质主链之间的短连接链。该标签通过三个步骤组装到蛋白质上,包括:(i)与4-氟-2,6-二氰基吡啶(FDCP)反应;(ii)氰基与β-半胱氨酸、青霉胺或γ-半胱氨酸反应以完成镧系元素螯合部分;(iii)用镧系离子滴定。FDCP与硒代半胱氨酸的反应比与半胱氨酸的反应快得多,这为在存在溶剂暴露的半胱氨酸残基的情况下进行选择性标记开辟了一条途径。负载钆离子和铕离子后,在蛋白质NMR光谱中观察到了赝接触位移,证实该标签能使镧系离子相对于蛋白质实现良好的固定,这也在残余偶极耦合中得到体现。用不同的1,2-氨基硫醇化合物完成标签构建会导致不同的磁化率张量。此外,在用镱离子滴定后,该标签被证明适用于在双电子-电子共振实验中测量距离分布。

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