房建國團隊開發硫氧還蛋白還原酶的快速特異性熒光探針

　　開發高效可靠的工具對于探索基本的生物過程至關重要，這是一項長期的挑戰。一種特別有用的工具是小分子熒光探針，這使人們越來越關注設計和開發用于生物大分子，無機離子，生物小分子和各種反應性信號物種的各種化學探針。一般而言，探針的質量對于探究復雜的生物系統以及從實驗觀察中得出令人信服的結論至關重要，因為質量差的探針可能會產生模糊甚至誤導的結果和結論。期望的探針應該以適當的響應速率和高特異性識別感興趣的靶標，這將保證探針被有把握地應用以給出特定生物事件的精確和實時解剖。

　　2019年6月21日，蘭州大學化學化工學院房建國團隊在Nature Communications上發表題為“A fast and specific fluorescent probefor thioredoxin reductase that works via disulphide bond cleavage”的文章，系統地研究了通過調整其連接單元和識別部分來確定探針響應速率和選擇性的結構因素。在Fast-TRFS的幫助下，開發了一種方便的測定法，使用粗細胞提取物作為TrxR的來源篩選TrxR抑制劑，并且已經鑒定了數十種天然產物作為TrxR抑制劑。

　　哺乳動物硫氧還蛋白還原酶（TrxR）酶是一種硒蛋白家族，在其C末端氧化還原中心具有獨特但必需的硒代半胱氨酸（Sec）殘基。 TrxR，主要通過從NADPH提供電子以維持內源性底物硫氧還蛋白（Trx）蛋白處于還原狀態，調節參與抗氧化防御，蛋白質修復和轉錄調節的各種基于氧化還原的信號傳導途徑。先前的研究報道了一系列TrxR熒光探針，包括TRFS-green，TRFS-red和Mito-TRFS。TRFS-green是TrxR的第一個綠色發光熒光探針。

　　然而，TRFS-green對酶的響應速度較慢，即使使用三（2-羧乙基）膦（TCEP）作為還原劑，也需要超過2小時才能達到最大熒光信號。此外，熒光增加的倍數是中等的（~30倍）。后來，據報道TRFS-red具有改善的特性，例如更快的響應速率（~1.5小時）和更高的熒光信號升高（~90倍）。兩種探針均顯示出對TrxR的良好選擇性，超過其他相關生物物種，如谷胱甘肽（GSH）和蛋白質硫醇。

TRFS-green的反應機制

　　小分子探針是探索各種細胞事件不可或缺的工具。然而，找到目標的特定探針仍然是一個很大的挑戰。該研究報告了Fast-TRFS的發現，Fast-TRFS是哺乳動物硫氧還蛋白還原酶的特異性和超快速熒光探針，這是一種普遍存在的酶，參與多種細胞氧化還原信號通路的調節。通過系統地檢查熒光團釋放和通過酶還原環狀二硫化物/二硒化物的過程，決定探針的響應速率和特異性的結構因子。機理研究表明，通過探針內二硫鍵的簡單還原可以打開熒光信號，這與已發表探針的傳感機制形成鮮明對比。 Fast-TRFS的有利特性使得能夠開發高通量篩選試驗以通過使用提取物作為酶的來源來發現硫氧還蛋白還原酶的抑制劑。

　　原文鏈接：

　　https://www.nature.com/articles/s41467-019-10807-8