摘要：CCS Chemistry是由中国化学会创办的高水平旗舰新刊，面向全球科学家，收录化学各领域高质量原创科技论文。关注CCS Chemistry，即时获取期刊相关资讯。

以下文章来源于CCSChemistry ，作者CCS Chemistry

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CCS Chemistry是由中国化学会创办的高水平旗舰新刊，面向全球科学家，收录化学各领域高质量原创科技论文。关注CCS Chemistry，即时获取期刊相关资讯。

随着DNA编码库（DEL）和核酸适配体技术在药物开发、生物技术以及化学生物学领域的蓬勃发展，DNA兼容反应越来越受到制药工业和学术界的关注。其中通过构建Csp2-S键的方式将有机硫骨架修饰到DNA上具有化学稳定等优势，但相关研究较少。对此，南方科技大学贾铁争/湖南大学王雪强联合团队报道了一种有机光催化剂曙红（Eosin Y）催化条件下的硫代磺酸酯与炔烃的光氧化还原原子转移自由基加成（ATRA）反应，合成了一系列具有优异区域和顺反选择性的E-β-芳硫醇-乙烯基砜类化合物。机理研究表明磺酰基自由基可能是这种转化的关键中间体。利用其广泛的官能团耐受性和温和生物友好的反应条件，该策略可以兼容具有各种高级构象的DNA分子。为了展示其化学生物学应用，联合团队将贾铁争团队发展的氧化还原响应荧光探针（ESAC）引入到两种常用的核酸适配体上，并通过共聚焦显微镜和流式细胞术技术，捕捉到了ESAC-核酸适配体进入细胞前后的变色现象，并且初步评估了两种核酸适配体在特定细胞系下的转运效率。

图1. 可适用于DNA的炔烃与硫代磺酸酯的光催化ATRA反应及其化学生物学应用

背景介绍：

DNA的化学修饰在药物化学、化学生物学和生物技术等多个领域发挥重要作用。其中，DNA编码化合物库（DEL）和核酸适配体（aptamer）是两种重要应用的生物技术，而其技术核心之一就是DNA兼容反应。因此，开发适用于DNA的有机化学新策略具有重要意义。然而，DNA具有大量的负电荷，难溶于有机溶剂，以及水溶液中高度稀释等性质，阻碍了传统化学反应在DNA上的直接应用。另一方面，硫醚和砜是常见的药效团，一般通过Csp3-S键与DNA连接，但这种连接方式易于被内源性的亲核物质进攻，或者被酶代谢，影响其在化学生物学以及药物开发中的应用。与此形成鲜明对比的是，通过Csp2-S键引入硫醚和砜类药效团，可以避免这些副反应的发生，显著提高DNA上化学修饰的稳定性。为了实现这一目标，化学家发展出过渡金属催化或碘促进的偶联反应等策略，然而两种方法均可能对DNA的高级结构以及遗传信息完整性造成一定的损伤；采用反应活性较高的季铵盐也可以实现DNA分子中的Csp2-S键构建，但其官能团和化合物兼容性较差。因此，开发温和、高效且生物友好的方法在DNA上通过Csp2-S键修饰硫醚和砜仍然是一个未被解决的重要问题。

本文亮点：

基于以上研究背景，南方科技大学贾铁争/湖南大学王雪强联合团队设计一种温和高效的光催化原子转移自由基加成反应（ATRA），以生物友好的有机光敏剂曙红为催化剂，采用炔烃和硫代磺酸酯为原料，以优异的区域选择性和顺反选择性构建了一系列结构丰富的E-β-芳硫醇-乙烯基砜类化合物。更为重要的是，该方法可以在波长400nm以上的光源照射下，实现DNA大分子的化学修饰，并成功在两种功能性核酸适配体（AS1411和Sgc8c）上标记了一种氧化还原响应的变色荧光探针（ESAC）， 并实现了后续的生物成像应用。鉴于核酸适配体的功能主要依赖于DNA的高级构象，后续的乘务成像应用也证明了该光催化ATRA策略对于两种DNA分子的高级构象具有较好的兼容性。该策略有望进一步发展为用于DEL或核酸适配体化学修饰的实用方法。

本研究首先对有机小分子底物官能团兼容性和化学选择性进行了考察，证明了该策略对于炔烃底物具有优秀的区域选择性，且硫代磺酸酯类底物的官能团兼容性良好，并且可用于药物活性分子的后期修饰（图2）。

图2. 代表性小分子底物

随后，研究团队进一步验证该方法在DNA化学修饰方面的应用，选择了两种常用的核酸适配体(AS1411和Sgc8c）作为研究底物。其中，AS1411具有G四联体构象，而Sgc8c具有发夹型构象。通过条件优化，该团队成功利用本策略，将贾铁争团队之前开发的一种氧化还原响应变色荧光探针ESAC标记到具有两种核酸适配体上（图3）。

图3. 基于光催化ATRA策略在核酸适配体上标记荧光变色探针实验

为了进一步说明该方法作为修饰DNA策略的潜力，并验证核酸适配体和荧光探针的功能完整性，本研究又进行了后续的细胞成像实验。联合团队选择了三种不同的癌细胞系（MCF-7、HCT116和CCRF-CEM）来验证该方法的普适性。共聚焦成像显示两种核酸适配体在三种细胞系中都表现出很强的内化能力，发出强烈的绿色荧光信号（图4a）。通过与溶酶体染料LysoTracker的共定位，研究确定了核酸适配体主要富集在溶酶体当中。同时，由于在共聚焦图像中检测到细胞膜外的蓝色荧光较低，因此研究团队采用流式细胞术技术，进一步确认了蓝色荧光的存在并对其进行定量分析（图 4b）。综上所述，细胞成像研究证实，大多数探针修饰的核酸适配体在细胞表面结合后进入细胞，而不是留在细胞膜上。进入细胞后，荧光探针的羰基基迅速还原为羟基，使得荧光从蓝色变为绿色。此外，探针修饰的适配体依然保持了自身的细胞内化能力，表现出低毒性和良好的生物兼容性（图 4c）。

图4. 探针标记的核酸适配体的细胞实验

总结与展望：

综上所示，研究团队最近报道了一种温和高效的光催化原子转移自由基加成反应（ATRA），采用炔烃和硫代磺酸酯为原料，以优异的区域选择性和顺反选择性构建了一系列结构丰富的E-β-芳硫醇-乙烯基砜类化合物。机理研究显示该ATRA反应经历了关键的砜基自由基中间体。更为重要的是，该方法可以应用于DNA大分子的化学修饰，并成功在两种功能性核酸适配体上标记了一种氧化还原响应的变色荧光探针（ESAC）。在多种癌症细胞成像实验中，研究团队成功捕捉到了荧光探针ESAC的变色现象，并观察到了经过探针修饰的核酸适配体依然具有良好的靶向能力，有效的验证了该ATRA方法对于具有多种高级构象的DNA大分子的良好兼容性。

相关研究结果近期以Research Article的形式发表在中国化学会旗舰期刊CCS Chemistry。西北大学刘庆超教授，湖南大学王雪强教授和南方科技大学贾铁争副教授为论文的通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金，国家重点研发计划，广东省基础与应用基础研究基金、深圳市科技创新委员会，湖南省杰出青年科学基金，湖南省重点科技项目等资金支持。

文章详情：

DNA-Compatible Photoredox Atom Transfer Radical Addition to Alkynes with Thiosulfonates

Cong Wang,# Yinghui Lu,# Zhiyuan Peng,# Chi Zhang,# Qingchao Liu,* Xue-Qiang Wang,* and Tiezheng Jia*

Cite This: CCS Chem. 2024, Just Published. DOI: 10.31635/ccschem.024.202404703文章链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.024.202404703

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来源：澎湃新闻客户端