Enabling Proteins with Photocatalytic Functions via HisTag–Iridium Coordination

光催化 化学 纳米技术 重新调整用途 模块化设计 组合化学 蛋白质工程 化学生物学 蛋白质-蛋白质相互作用 合成生物学 前药 化学改性 水溶液 接口(物质) 生命系统 表面改性 蛋白质结构 翻译后修饰
作者
Haotian Guo,Ziqi Liu,F. L. Guo,Zhizheng Lou,Peng R. Chen,Xinyuan Fan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (1): 1538-1551 被引量:2
标识
DOI:10.1021/jacs.5c18368
摘要

The ability to endow proteins with new chemical reactivities is central to expanding their functional repertoires in chemical biology and therapeutics. However, the construction of protein–photocatalyst systems typically demands extensive genetic or synthetic manipulation. Here, we report a minimal and modular strategy that enables the in situ formation of iridium-based photocatalysts through HisTag–iridium coordination, termed CAT-tag. By leveraging the ubiquitous HisTag, nonphotoactive Ir(III) precursors are spontaneously converted into luminescent and photocatalytic complexes under mild aqueous conditions. The resulting His-anchored photocatalytic proteins display robust photocatalytic activity across representative protein scaffolds, including nanobodies and therapeutic antibodies. We further demonstrate the functional versatility of the CAT-tag in conjunction with photocatalytic reactions, enabling spatially resolved surfaceome labeling, dynamic cell–cell interaction mapping, and targeted prodrug activation in living systems. As most recombinant proteins inherently contain a terminal HisTag, the CAT-tag requires no additional genetic modification and installs photocatalytic activity through a single coordination-driven step. This remarkable operational simplicity underscores the power and elegance of chemical strategies in protein engineering. By repurposing the HisTag, one of the most ubiquitous and accessible motifs in protein science, the CAT-tag transforms a routine biochemical handle into a chemically programmable interface for light-driven protein functionalization and biological interrogation.
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