Bioorthogonal Photocatalytic Protein Labeling and Cross-Linking Enabled by Stabilized Ketyl Radicals

生物正交化学 化学 乙烯基 激进的 直接的 组合化学 选择性 细胞保护 同位素标记 光化学 反应中间体 氨基酸 靶蛋白 生物物理学 蛋白质结构 反应性(心理学) 蛋白质-蛋白质相互作用 蛋白质工程 纳米技术 合理设计
作者
Jiawei Tan,Kejia Hao,Yi Yuan,Shasha Xie,Li Qi,Qiaoling Che,Yan Li,Renxiao Wang,Yaoyang Zhang,Yiyun Chen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (49): 45774-45784 被引量:2
标识
DOI:10.1021/jacs.5c18652
摘要

Radical reactions offer transformative potential in biological contexts but remain constrained by poor selectivity and off-target reactivity. We address these limitations through visible-light photocatalytic generation of diaryl ketyl radicals from benzophenones. This strategy circumvents traditional UV excitation pathways by suppressing triplet diradical formation─which drives nonspecific [2 + 2] cycloadditions and H atom abstraction─in favor of bioorthogonal radical–radical coupling. Our platform enables precise live-cell protein labeling with minimal cytotoxicity, including in sensitive primary neuronal cultures, and achieves site-specific modification via genetically incorporated benzophenone-based unnatural amino acids Bpa. The spatial selectivity of this approach exceeds conventional UV-based cross-linking methods, facilitating site-to-site analysis of tertiary protein interactions in structurally defined complexes. We demonstrate these capabilities by (1) quantifying dimerization interfaces of the Diels–Alderase PyrI4 and (2) resolving Bcl-XL/Bid interactions critical for apoptotic regulation. This photocatalysis-driven methodology establishes a robust alternative to cycloaddition-based bioorthogonal chemistry for spatiotemporally controlled interrogation of dynamic biomolecular processes.
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