为大家分享一篇发表在JACS上的文章，文章的题目是“Radical Caging Strategy for Cholinergic Optopharmacology”，通讯作者是来自京都大学的Hirohisa Ohmiya，金泽大学的Satoshi Arai和Yuto Sumida，其中Ohmiya教授的实验室主要围绕自由基催化光催化等合成化学开展研究，Arai教授的实验室主要进行细胞热动力学、细胞供能系统的研究。
光控脱笼技术可以高时空分辨地调控内源蛋白的功能，其主要原理是使用光保护基的笼状分子包裹生物分子，通过光照脱笼即可释放这些具有活性的生物分子。当前光保护基主要以亲核杂原子为连接位点，例如OH、NH，很少有C介导的笼化方法的研究，这是因为对C原子的脱笼化依赖于高反应活性的C+、C-中间体，而这些高活性中间体会改变原始生物分子结构。作者团队近期开发了一种硼酸酯结构，其中C-B键在光照下发生均裂产生一个C自由基，同时作者团队之前使用碘甲基结构实现了对甜菜碱的甲基化。而乙酰胆碱与甜菜碱结构高度类似，因此作者希望使用碘甲基硼酸酯对乙酰胆碱前体进行笼化保护，再通过光脱除反应甲基化前体同时释放硼酸酯，最终得到具有活性的乙酰胆碱分子。乙酰胆碱由于化学结构简单，在过去很难被笼化，而该策略有望实现乙酰胆碱的高时空分辨控制。
作者首先选择了一系列具有甜菜碱结构的具有生物活性分子，对它们使用碘甲基硼酸酯进行笼化和脱笼，结果显示这些分子都能被成功保护，且脱笼后甲基化产物为主要产物。随后作者成功以41%的产率构建了blocked的乙酰胆碱和55%的产率脱笼化。随后作者进行机理方面的研究，并发现添加常见的HAT供体GSH可以有效提高脱笼化产率。最后作者在硼酸酯的芳香环上引入了CF3以进一步提高脱笼速率，最终的笼化分子可以在3 min完成50%的脱笼。
完成对反应的优化后，作者尝试将该系统应用于活细胞。作者选择了乙酰胆碱感受器GACh2.0作为研究模型，其在乙酰胆碱存在时会产生荧光信号。结果显示在加入Caged乙酰胆碱、GSH的情况下光照，GACh2.0会有显著上升进而回落，表明Caged乙酰胆碱脱笼化的成功。作者进一步将该体系应用到果蝇大脑进行活体成像，通过表达jGCaMP7c蛋白作为钙离子指示剂，结果显示将解剖的大脑与Caged乙酰胆碱共孵育并光照脱笼后，视叶区域的Ca2+明显升高，证明了乙酰胆碱介导的神经系统活动。
综上所述，在本文中作者使用硼酸酯结构的光控基团，实现对结构简单的乙酰胆碱分子的笼化和脱笼，为更多生物化学小分子的高时空分辨研究提供了工具。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c00801
原文引用：DOI：/10.1021/jacs.3c00801
目前评论：