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兰州大学开发用于硫氧还蛋白还原酶的快速特异性荧光探针注油机

时间：2022年08月10日

06-25

2019年6月21日，兰州大学化学化工学院房建国团队在Nature Communications上发表题为“A fast and specific fluorescent probefor thioredoxin reductase that works via disulphide bond cleavage”的文章，系统地研究了通过调整其连接单元和识别部分来确定探针响应速率和选择性的结构因素。在Fast-TRFS的帮助下，开发了一种方便的测定法，使用粗细胞提取物作为TrxR的来源筛选TrxR抑制剂，并且已经鉴定了数十种天然产物作为TrxR抑制剂。

哺乳动物硫氧还蛋白还原酶（TrxR）酶是一种硒蛋白家族，在其C末端氧化还原中心具有独特但必需的硒代半胱氨酸（Sec）残基。 TrxR，主要通过从NADPH提供电子以维持内源性底物硫氧还蛋白（Trx）蛋白处于还原状态，调节参与抗氧化防御，蛋白质修复和转录调节的各种基于氧化还原的信号传导途径。先前的研究报道了一系列TrxR荧光探针，包括TRFS-green，TRFS-red和Mito-TRFS。TRFS-green是TrxR的第一个绿色发光荧光探针。

然而，TRFS-green对酶的响应速度较慢，即使使用三（2-羧乙基）膦（TCEP）作为还原剂，也需要超过2小时才能达到最大荧光信号。此外，荧光增加的倍数是中等的（——30倍）。后来，据报道TRFS-red具有改善的特性，例如更快的响应速率（——1.5小时）和更高的荧光信号升高（——90倍）。两种探针均显示出对TrxR的良好选择性，超过其他相关生物物种，如谷胱甘肽（GSH）和蛋白质硫醇。

TRFS-green的反应机制

小分子探针是探索各种细胞事件不可或缺的工具。然而，找到目标的特定探针仍然是一个很大的挑战。该研究报告了Fast-TRFS的发现，Fast-TRFS是哺乳动物硫氧还蛋白还原酶的特异性和超快速荧光探针，这是一种普遍存在的酶，参与多种细胞氧化还原信号通路的调节。通过系统地检查荧光团释放和通过酶还原环状二硫化物/二硒化物的过程，决定探针的响应速率和特异性的结构因子。机理研究表明，通过探针内二硫键的简单还原可以打开荧光信号，这与已发表探针的传感机制形成鲜明对比。 Fast-TRFS的有利特性使得能够开发高通量筛选试验以通过使用提取物作为酶的来源来发现硫氧还蛋白还原酶的抑制剂。

研究背景

开发高效可靠的工具对于探索基本的生物过程至关重要，这是一项长期的挑战。一种特别有用的工具是小分子荧光探针，这使人们越来越关注设计和开发用于生物大分子，无机离子，生物小分子和各种反应性信号物种的各种化学探针。一般而言，探针的质量对于探究复杂的生物系统以及从实验观察中得出令人信服的结论至关重要，因为质量差的探针可能会产生模糊甚至误导的结果和结论。期望的探针应该以适当的响应速率和高特异性识别感兴趣的靶标，这将保证探针被有把握地应用以给出特定生物事件的精确和实时解剖。