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三氟硒代蛋氨酸:一種新的非天然氨基酸
發(fā)表于：2021-07-06 作者：admin 來源：本站 點擊量：12614
原文：Block E , Booker S , Flores-Penalba S , et al. Trifluoroselenomethionine: A New Unnatural Amino Acid[J]. Chembiochem, 2016.
翻譯：
簡介
三氟甲硫氨酸(3,TFM, Scheme 1)和硒甲硫氨酸(5,SeM)是人們感興趣的前藥，分別提供細胞毒性的三氟甲硫氨酸(4)和甲烷硒醇(6)。由蛋氨酸酶(MGL, L-蛋氨酸g-裂解酶，EC 4.4.1.11)裂解的，類似于蛋氨酸(1,Met)的裂解產(chǎn)生甲硫醇(2)。3和5對蛋氨酸酶的Km值明顯小于1，這與4和6的酸度高于2相一致。對于4和6的細胞毒性，人們提出了非常不同的機制:4在生理條件下是不穩(wěn)定的，分解為胺交聯(lián)劑S=CF2(9，硫碳基氟化)，而6產(chǎn)生超氧化物，在氧化谷胱甘肽和其他纖維素硫醇時引發(fā)氧化應激。在其他工作中，化合物3被大腸桿菌摻入重組蛋白，提供了19 F NMR光譜探針。它還顯示，相對于1,3的硫原子對氧化和與親電試劑反應的活性降低。
三氟硒代蛋氨酸(7,TFSeM, 硒-三氟-甲基-L-同型半胱氨酸)，結合3和5的特征，會表現(xiàn)出相似的生化反應，提供三氟甲烷硒醇(8)。如果是這樣，8的細胞毒性與4和6的相比如何?在大腸桿菌中，7是否會和3一樣被整合到重組蛋白中，但與5相比，7是否具有更強的抗氧化能力?我們在這里描述的第一個合成7(方案2), 它對甲硫氨酸酶的反應性，氧單電子還原2，6和8的比較計算研究，以及從4和8損失氟離子分別得到硫羰基氟化物（S=CF2，9）和硒羰基氟化物（Se=CF2，10）的比較計算和實驗研究。我們還報告了7相對于1、3和5的物理、光譜和計算的結構特性，以及在大腸桿菌中將7并入重組蛋白的努力的結果。
結果與討論
三氟硒代蛋氨酸的合成
以已知的手性起始物(S)-叔丁基-2-(叔丁氧基羰基氨基)-4-羥基丁酸鹽(12，方案2)為原料，合成了一種簡便快捷的三氟硒代蛋氨酸(7)，化合物12經(jīng)連續(xù)甲磺酸化（化合物13）并經(jīng)NaBr（化合物14）和KSeCN處理后，得到結晶叔丁基（S）-2-（（叔丁氧基羰基）氨基）-4-亞硒酸鹽丁酸酯（15，產(chǎn)率約80%），其可由X射線晶體學表征（圖1）。高親脂性的CF3Se組很容易被引入，給出16，以市售三氟甲基三甲基硅烷（CF3SiMe3）與亞硒酸鹽15在0~8℃緩慢（注射泵）添加催化（0.2當量）TBAF（四丁基氟化銨）進行處理。亞硒酸鹽路線是首選的，因為消耗了所有硒基團。通過用三氟乙酸除去16中的保護基，得到無色固體三氟乙酸鹽7a，氟譜的化學位移在-35.12和-76.07，硒譜的化學位移在400ppm。氟譜信號顯示烷基取代的CF3Se基團一般出現(xiàn)在-35ppm（相對于CFCl3），與CF3S的-41ppm比較；三氟乙酸出現(xiàn)在-76.55ppm。以AGS 1-X8樹脂的氯化物形式處理7a，得到7b，即7的鹽酸鹽，為無色固體，氟譜的化學位移在-35.35ppm，硒譜的化學位移在400ppm。所有的生物學研究都使用了鹽7b。
三氟甲烷烯醇(8)的生成與分解
我們試圖生成8, 以評估在人結腸癌HCT-116細胞存在下酶促產(chǎn)生的結果。盡管8之前已經(jīng)被表征過，但據(jù)說它在水中不穩(wěn)定，在加熱時分解為HF和F2C=Se。我們試圖通過堿催化分解3-（三氟甲基硒基）丙腈（18）來制備8或其鈉鹽，進而提出用CF3SiMe3處理3-（硒氰酸根）丙腈（17）來制備8或其鈉鹽（方案3）。在本實驗中，17順利地制備了18，而17又很容易地由3-氯丙腈制備。當用甲醇鈉處理18時，用19 F NMR監(jiān)測反應，僅看到19 F信號對應于氟化物離子，如標準的NMR分析所證實的。當在低溫下存在過量的環(huán)戊二烯時，用甲醇鈉處理18，然后緩慢加熱混合物，3，3-二氟-2-硒基環(huán)[2.2.1]庚-5-烯（19）-已知的環(huán)戊二烯加合物F2C＝SE由GC-MS檢測，因此，8在溶液中加熱后的分解是這樣的。
硒代蛋氨酸(5)和三氟硒代蛋氨酸(7)結構的光譜和計算比較
采用光譜和計算相結合的方法，研究了5的取代甲基和7的三氟甲基的物理和電子結構變化。特別是，在斯坦福同步輻射光源（SSRL）的光束線7-3上進行了5和7（as 7b）的擴展X射線吸收精細結構（EXAFS）測量。利用密度泛函理論（DFT）等方法對所得數(shù)據(jù)進行了分析。Se K近邊譜的分析如圖2所示，5和7產(chǎn)生了驚人的相似的近邊光譜，兩者之間的近邊沒有明顯的位移。兩個近邊譜的一階導數(shù)（圖2中的插圖）也非常相似，因此不可能通過單獨使用Se K近邊光譜來區(qū)分這兩種化學物質。
與近邊緣譜類似，EXAFS譜和相關的傅里葉變換(圖3)對于5和7也非常相似。從EXAFS數(shù)據(jù)[計算為p/(2Dk)，其中Dk是擬合EXAFS數(shù)據(jù)的范圍得到的鍵長理論分辨率為5 (k范圍1-12.5 Å-1)的0.13 Å和7 (k范圍1-14 Å-1)的0.12 Å。根據(jù)EXAFS數(shù)據(jù)的鍵長分辨率，每個類似物中的Se-C鍵長都非常相似，因此必須將它們分別建模為兩個Se-C散射相互作用的單一殼層，從而得到兩個相互作用的平均擬合距離(R)。采用EXAFS曲線擬合分析兩種Se-C反向散射相互作用的單散射路徑，在5和7之間產(chǎn)生了非常相似的鍵長結果，兩個Se-C鍵分別為1.957(2) Å和兩個Se-C鍵分別為1.955(4) Å (7)(表1)。
在劍橋結構數(shù)據(jù)庫（CSD）中搜索5的Se-C鍵長，得出Se-CH3的平均原子間距離為（1.944±0.006）Å, Se-CH2的平均原子間距離為（1.954±0.008）Å，略低于從EXAFS數(shù)據(jù)擬合中獲得的平均值（CSD搜索的平均值取自三個小分子晶體結構，每個結構都含有肽鏈: MAJTAT C-Se-C=97.238°, CH3-Se=1.950, CH2-Se=1.947; DEYFOD C-Se-C=98.688°, CH3-Se =1.939, CH2-Se =1.963; AVIKOG C-Se-C=97.948°, CH3-Se =1.942, CH2-Se =1.952。EXAFS得到的Se-C的平均原子間距仍在CSD搜索Se-CH2鍵得到的實驗誤差范圍內，僅比CSD搜索Se-CH3的最大值長0.002 Å。
DFT結構計算
對每個等結構荷電中性氨基酸模型(蛋氨酸(1)和硒代蛋氨酸(5))及其各自含三氟甲基衍生物3和7分別進行了氣相幾何優(yōu)化。計算得到的Se-CH3鍵長為1.96(2) Å，與EXAFS值為1.92(8)a的偏差最大，約為0.03(8) Å。計算出的雜原子-碳鍵長度(如表2所示)與EXAFS值之間的誤差在0.02 Å以內。
DFT計算表明，當甲硫氨酸模型中的末端甲基變成CF3時，硫鍵長度縮短，同時S-CH2鍵延伸。類似地，對于含硒類似物，硒-CH2鍵在含CF3的衍生物中相對于5也被拉長，而硒- CH3和硒- CF3鍵的長度基本保持不變?；诼?lián)合原子拓撲模型，對每一個優(yōu)化結構進行分子體積計算(圖4)。對蛋氨酸側鏈的每一個研究修改都會導致側鏈體積的增加。
氨基酸5的分子體積比1大4%(如果只考慮雜原子和末端甲基基團，則增加11%)。將1的甲基修飾成CF3，氨基酸體積增加6%(硫和末端基團增加23%)，而將5的甲基修飾成CF3則表示分子體積增加了7% (Se-CX3增加了20%)。修改1到7是最重要的增長，相對于蛋氨酸分子體積增加11%，相對于S-CH3增加33%。
相對于1中的硫雜原子，5中的硒原子有較低的d軌道，這比含硫類似物中的硒原子更容易獲得能量。結果是，5的LUMO的能量比含硫類似物的能量低，并且更多的軌道密度存在于LUMO中的Se原子上（圖4，硫原子處的LUMO密度在使用的輪廓值不明顯）。3末端甲基的修飾在雜原子上引入了一個吸電子部分，結果在含硫蛋氨酸類似物中LUMO具有s -c ?*特征。這些趨勢在含CF3的硒代蛋氨酸類似物中加倍增強，其中硒原子上電子密度的降低導致LUMO性質的顯著改變，使得總密度的顯著部分位于雜原子上，盡管在Se K近邊譜中，核心1s激發(fā)能沒有明顯的變化（圖2），但觀察到的C-X-C鍵角也接近908（圖4）。
5、3和7的HOMO-LUMO間隙相對于計算出的1的HOMO-LUMO間隙分別為-26.5、+100.9和+32.5 kJ/mol。與含甲基甲硫氨酸殘基相比，具有吸電子功能的CF3殘基的存在擴大了HOMO-LUMO間隙，而含硫1向含硒5的轉變則使HOMO-LUMO間隙變小。7的HOMO-LUMO間隙支持了含硫模型中觀察到的CF3修飾的趨勢，其中HOMO-LUMO間隙大于含甲基的類似物。
比較7和5的HOMO-LUMO間隙，得出+59.0 kJ/mol的相對變化，再次反映了1和3的趨勢。這些數(shù)據(jù)也匯總在表S2的支持信息中。在3、5和7之間，各種類似物的HOMOs的性質變化相對較小。兩種硒代蛋氨酸類似物的熒光性質比較表明，它們在硒原子上都具有一定的p軌道性質。5的LUMO分布在氨基酸中，部分來自Se-C s*和Ca-C(O) p*軌道;然而，在CF3類似物中，Se-C s*軌道對LUMO的性質有重要的貢獻，p*對氨基酸主鏈區(qū)域的貢獻相對較小。有趣的是,雖然能量不同,3和7的HOMO和LUMO定性相似,盡管3中HOMO-LUMO間隙計算約為70千焦每摩爾(見表S2的支持信息), 與7不同，3的LUMO在主鏈原子上有更多的p*特征，類似于5(圖4)。
Leroux先前斷定，過去關于CF3至少和異丙基一樣大的斷言是不正確的，事實上，CF3的體積比異丙基的體積要小得多。我們還對異丙基和CF3體系進行了模型計算，我們的發(fā)現(xiàn)支持了Leroux先前的結論，即CF3取代基確實比CH3大，但體積肯定比異丙基小(數(shù)據(jù)未顯示)。此外，我們還比較了系列S- CH3、S- CF3、Se- CH3和Se- CF3側鏈片段的分子空腔。在溶劑化過程中計算出的分子碎片的空腔中包含了溶劑探針分子的額外余量(基于水)。與S- CH3 (47.39Å3)相比，S- CF3的一半體積增大23% (58.43 Å3)， Se- CH3的一半體積增大11% (52.60 Å3)， Se- CF3的一半體積增大33% (63.22 Å3)。
蛋氨酸酶研究
圖5顯示，經(jīng)陰道毛滴蟲蛋氨酸酶(40 UL -1)、1.25、2.5和處理后，HCT116細胞的生長速度分別受到16.7、26.1和44.6%的抑制，分別用1.25、2.5和5 mmol/L 7b處理的細胞分別為5mmol /L 5、49.4、60.0和76.3%。也就是說，在降低細胞濃度方面，7b比所有測試濃度下的5要有效得多。對于7b相對于5的細胞毒性增強有三種可能的解釋，假設蛋氨酸酶從7b釋放8，從5釋放6：1) CF3SeH(8)比甲烷硒醇更有效地生成活性氧(6,方案4), 2)我們假設CF3SeH(8)在生理條件下會分解為Se=CF2(10)，正如我們在模型研究中所做的那樣，Se=CF2(10)應該是主要胺基的一個強有力的交聯(lián)劑，正如所提議的從3到4的細胞毒性，通過形成S=CF2(9，方案5)，或者 3)第一和第二假設過程的某些組合發(fā)生。
方案6闡述了硒酸鹽的氧化還原循環(huán)，以及硒酸鹽的陰離子形式，如6和8。方案4對比了甲硫醇(2)還原二氧的難易度和硒醇(6,6a, 6b, 8)的DFT計算結果。這些計算表明，硒醇是比硫醇更好的還原劑，6和6a是可比較的(在方法的誤差范圍內)，略優(yōu)于6b。這些結果與報道的相對細胞毒性6>6a>6b>2的結果一致。方案4的DFT計算并不能正確預測8的相對觀察細胞毒性，這一事實表明，需要考慮8的獨特性質:例如，氟離子的損失使氟代硒碳酰(方案5中計算的10，之前報道的4 [1a])，正如我們經(jīng)實驗證實為8。第三種可能性是，與8有關的細胞毒性是由于它的酸性增強(如方案5所計算)或其相應陰離子的氧化還原特性。報告中的的2、4、6和8的pKa值分別為10.09±0.10、2.77±0.10、6.50±0.70和-1.29±0.70。
TFSeM與大腸桿菌蛋白的結合
將含氟氨基酸結合到蛋白質中，提供了一種結構探針，并有可能引入有用的功能變化。甲硫氨酸t(yī)RNA合成酶（MetRS）是一種比較混雜的氨酰tRNA合成酶，但它仍然根據(jù)側鏈的長度和幾何結構行使選擇性。鑒于二氟甲硫氨酸和三氟甲硫氨酸（3）已成功地結合到蛋白質中，因此確定TFSeM（7）是否可以類似于合并。用含氟類似物替代特定氨基酸的標準程序包括在無法合成傳統(tǒng)氨基酸的大腸桿菌輔助營養(yǎng)體中表達目標重組蛋白。將氟化氨基酸添加到限定的培養(yǎng)基中，由細胞吸收，然后并入蛋白質中。成功的取代既依賴于所討論的氨基酰核糖核酸合成酶利用氟化類似物的能力，也依賴于當插入類似物時新生鏈折疊成穩(wěn)定三維結構的能力。通過這一程序實現(xiàn)的合并比率往往很低，由于在將氟化氨基酸裝入特定的氨基酰核糖核酸合成酶方面存在挑戰(zhàn)，以前的文獻報道了10-15%的成功將3并入綠色熒光蛋白，31-70%的成功將3并入噬菌體l溶菌酶的不同位置。這些研究表明，氟化氨基酸的摻入對于暴露在溶劑中的位置是最有效的，在這些位置，更大的體積和疏水性的變化可以更好地耐受。
為了評估7的摻入，我們選擇鏈球菌蛋白G（G B1）的56個氨基酸蛋白免疫球蛋白結合B1結構域作為靶點。GB1具有非常穩(wěn)定的折疊，經(jīng)常被用于蛋白質折疊和熱穩(wěn)定性的研究。我們構建了一個在純化后，每個蛋白中都有一個單獨的Met殘基存在于蛋白質中的變體：一個Val39Met變體，其中Met位于環(huán)中；一個Leu5Met變體，其中Met位于環(huán)中位于蛋白質的疏水核心（圖6A）。相似的替換被證明是穩(wěn)定的和折疊良好的。比較兩個不同變體的表達水平可以檢驗7的結合是否是位置依賴的。
我們遵循報告的表達程序，加入3和其他蛋氨酸類似物，并進行以下修改。首先，我們利用C43（DE3）為基礎的大腸桿菌氨基酸營養(yǎng)缺陷型宿主菌株RF11，其中Meta被刪除，其次，MET被包含在生長培養(yǎng)基中，因為先前的研究表明，在生長培養(yǎng)基中包含10%的Met可以降低SEM的毒性，同時允許高的SEM摻入比。為了減少7的毒性，以其鹽酸鹽7B的形式，Met營養(yǎng)缺陷型RF11在溶生性培養(yǎng)液（LB）中生長，并在生長的中對數(shù)階段切換到定義的培養(yǎng)基中。以9:1摩爾比添加Met、SeM和Met，或以9:1摩爾比添加TFSeM（as 7b）和Met。通過SDS-PAGE分析比較表達水平（圖6B和C）。在TFSeM（AS 7b）存在下生長的GB1的表達水平低于在單獨存在或SEM和MET存在下檢測到的，從而表明TFSeM比SEM更具細胞毒性，與先前關于氟化氨基酸毒性的報告一致。
為測定TFSeM (as 7b)的摻入率，用IMAC層析法對兩種蛋白進行純化，實驗部分詳細介紹。純化后的GB1 Leu5Met和GB1 Val39Met的質譜中，以9:1摩爾比的TFSeM (as 7b)/Met生長，沒有明顯的TFSeM插入的證據(jù)(圖7b和D)，相反，蛋白質的分子質量表明加入了SeM。當細胞在9:1摩爾比的SeM/Met條件下生長時，GB1 Leu5Met和GB1 Val39Met主要含有SeM，這反映了其相對于所定義的培養(yǎng)基中Met的豐度(圖7A和C)。
由于在Met auxotroph的生長培養(yǎng)基中既沒有SeM也沒有其他硒源，如果SeM確實與GB1結合，那么插入GB1的觀察到的SeM一定來源于TFSeM。為了確認ESI-MS檢測到的蛋白種類，我們對RF11中制備的GB1 Val39Met進行了放大。通過完整蛋白質ESI-MS和串聯(lián)質譜對所得樣品進行分析。在生長培養(yǎng)基中，分別用22 mm Met（圖8A）、22 mm Met和200 mm TFSeM（圖7b、圖8B）和200 mm TFSeM（圖7b、圖8C）過度生產(chǎn)了GB1 Val39Met。本實驗觀察到的主要蛋白形態(tài)為GB1 al39Met(計算分子量為6179 Da，觀察分子量為6180 Da)。也存在低分子量的形式，可能來自于蛋白質中一個甲基(6166 Da)或水(6166 Da)的損失。這些變化可能是由于在低Met濃度下生長的Met生長抑菌所產(chǎn)生的應力所致。在6220/1 Da處形成的蛋白很可能是體內乙?；蚺cLC中使用的乙腈相互作用的結果。只有當生長培養(yǎng)基中使用22mm Met和200mm TFSeM過量產(chǎn)生GB1 Val39Met時，才有可能檢測到懷疑含有SeM的6227 Da峰。圖8B為經(jīng)胰酶消化后串聯(lián)ms測序的樣品。圖8D為肽QYANDNG(SeM 39)GDEWTYDDATK，根據(jù)其分子量和硒的不同同位素模式進行鑒定。由于該肽在樣品中的豐度較低，因此無法對其進行完全測序。有趣的是,盡管該樣品還含有一種6280 Da的物質，其分子量與計算出的GB1 Val39TFSeM相匹配，未檢測到相應的肽QYANDNG(TFSeM 39)GDEWTYDDATK。因此，我們無法從實驗上證實TFSeM在這些特定的生長條件下被納入GB1。
如前所述，由于生長培養(yǎng)基中既沒有SeM也沒有其他硒來源，且在生長培養(yǎng)基中沒有TFSeM而過量產(chǎn)生GB1 Val39Met時沒有觀察到SeM蛋白，因此我們推斷TFSeM片段在體內還原為SeM。在TFSeM存在下培養(yǎng)的大腸桿菌中，SeM在GB1 Val39Met和Leu5Met中表達，可以設想通過中間形成TFSeSAM來實現(xiàn)。在這種途徑中，一個或多個依賴于s -腺苷蛋氨酸(SAM)的甲基轉移酶(MTases)可將三氟甲基基移除，這些甲基轉移酶通常將SAM的甲基部分轉移到目標受體(方案7)。由此產(chǎn)生的化合物，se -腺苷基同型半胱氨酸(SeAH)，將會被s -腺苷同型半胱氨酸/甲基硫代腺苷核苷酶生成腺嘌呤和se -核糖基-同型半胱氨酸，后者通過核糖體同型半胱氨酸裂解酶轉化為同型半胱氨酸和(4S)-4,5-二羥基戊烷-2,3-二酮。然后，高半胱氨酸被依賴于鈷胺或不依賴于鈷胺的蛋氨酸合酶甲基化，生成硒代蛋氨酸。同型半胱氨酸的甲基化也可以通過不太為人所知的機制發(fā)生，如mmuM基因在大腸桿菌中產(chǎn)生的同型半胱氨酸S-甲基轉移酶的作用，它使用l-S-甲基蛋氨酸或SAM的S(+ +)異構體作為甲基供體。
為了確定TFSeSAM是否是由TFSeM形成SeM的關鍵中間體，對大腸桿菌甲硫氨酸腺苷轉移酶(MAT)將TFSeM轉化為TFSeSAM的能力進行了評估。MAT催化L-蛋氨酸和ATP縮合形成SAM，并作為副產(chǎn)物生成焦磷酸鹽和無機磷酸鹽。圖9A顯示了在有TFSeM（as 7b）的情況下，在25°C的轉換條件下培養(yǎng)30或60分鐘的MAT反應產(chǎn)物的HPLC洗脫曲線。含有相關腺嘌呤化合物（虛線）和色氨酸（用作內標）的真實標準的痕量表明，在11到13分鐘之間洗脫SAM和SeSAM。在30和60分鐘時間點，在含有TFSeM的反應中，SAM或SeSAM的對應區(qū)域均不存在峰，整個色譜圖中的可見峰在反應開始前（0分鐘）出現(xiàn)，且不隨時間增加（藍、黃和紅線）。在相同條件下進行的對照反應的高效液相色譜洗脫譜(但包含SeM而非TFSeM)顯示，SeSAM的形成穩(wěn)健且隨時間變化(圖9B，紅色、黃色、綠色和藍色的痕跡)，表明MAT制劑是活性的。SAH之后未知的洗脫峰也出現(xiàn)在TFSeM反應中，很可能是MAT制備過程中的污染物。SeAH的觀察表明，MAT制劑也被一個或多個甲基轉移酶污染。
用LC-MS分析類似的反應，以評估TFSeM (as 7b)的濃度是否隨時間變化。圖S1A顯示了在SeM存在下不同孵育程度下MAT反應的總離子色譜圖。峰值在1.14、1.39、1.54和4.46分鐘出現(xiàn)隨時間變化。在1.39 min (m/z 198.1)時，其峰值與SeM相對應，并隨時間變化而降低，而在1.14 min (m/z 447.1)、1.54 min (m/z 433.1)和4.46 min (m/z 346.1)時，其峰值分別與SeSAM、SeAH和硒腺苷(MSeA)相對應，并隨時間變化而升高。SeAH和MSeA的形成是意料之中的，考慮到MAT制備過程中的甲基轉移酶污染以及SeSAM非酶催化形成MSeA和同絲氨酸內酯的傾向。相比之下，在不同程度的TFSeM孵育下，MAT反應的總離子色譜圖顯示，在孵育18小時后，TFSeM的濃度變化不明顯(圖S1B)。
鑒于大腸桿菌MAT似乎不使用TFSeM作為底物，我們進行了實驗，以評估大腸桿菌中的其他蛋白質是否可以作用于它。在這些實驗中，用大腸桿菌蛋氨酸營養(yǎng)不良菌株B834（DE3）pLysS的粗裂解液對1 mm的TFSeM（as 7b）進行不同時間的孵育，并用LC-MS分析反應。如圖10A和B所示，TFSeM和SeM均以時間依賴的方式消耗。當用TFSeM和粗裂解液進行類似反應時煮沸10分鐘或在含有分子量為3 kDa的膜的旋轉濃縮器中離心的粗裂解液濾液，在整個18小時的培養(yǎng)期內，SeM和TFSeM的濃度保持恒定（圖S2A-D）。這種行為強烈地表明，TFSeM在大腸桿菌中是由一種未經(jīng)鑒定的蛋白質作用的?？傊?，這些結果表明，盡管TFSeM未轉化為TFSeSAM，但它是大腸桿菌中另一種蛋白質的靶點，最有可能將其轉化為高硒半胱氨酸或該代謝物的前體。
結論
以N-(叔丁基羰基)-L-天冬氨酸叔丁基酯為原料，經(jīng)七步反應合成了一種新的非天然氨基酸三氟硒代蛋氨酸(7)。與硒代蛋氨酸(5)相比，三氟硒代蛋氨酸對人結腸癌HCT-116細胞的細胞毒性增強。通過計算和實驗驗證了這種增強活性的機制解釋。用EXAFS和DFT計算5和7的結果表明，它們在光譜和結構上非常相似。然而，當用7（as 7b）和蛋氨酸以9:1的比例在大腸桿菌蛋氨酸營養(yǎng)不良細胞系RF11中表達兩個不同的蛋白GB1突變體時，發(fā)現(xiàn)令人驚訝的是，超過80%的蛋白含有5，即使沒有添加5，這意味著三氟甲基從7失去。一種未知的酶催化這個過程。確定是哪一種酶導致了7的三氟甲基的缺失是很有意義的，因為這種化學基團存在于許多藥物中，因此具有內在的藥用價值。
翻譯：
三氟硒代蛋氨酸:一種新的非天然氨基酸
以N-(叔丁基丁基苯基)-L-天冬氨酸叔丁基酯為原料，經(jīng)七步反應合成了一種新的非天然氨基酸三氟硒代蛋氨酸(TFSeM)。TFSeM顯示，與硒代蛋氨酸(SeM)相比，蛋氨酸酶對人結腸癌HCT-116細胞的細胞毒性增強。這種增強活性的機制解釋是通過計算和實驗驗證的。用EXAFS和DFT對TFSeM和SeM進行了比較，結果表明兩者在光譜和結構上非常相似。盡管如此，當在大腸桿菌蛋氨酸營養(yǎng)不良細胞系中以9:1的摩爾比在TFSeM和蛋氨酸（Met）存在下表達兩種不同的蛋白GB1時，令人驚訝的是，85%的蛋白質含有SeM殘基，盡管沒有添加SeM，這意味著三氟甲基在TFSeM中的損失。大腸桿菌提取物酶促TFSeM向SeM轉化，但TFSeM不是大腸桿菌蛋氨酸腺苷轉移酶的底物。簡介
三氟甲硫氨酸(3,TFM, Scheme 1)和硒甲硫氨酸(5,SeM)是人們感興趣的前藥，分別提供細胞毒性的三氟甲硫氨酸(4)和甲烷硒醇(6)。由蛋氨酸酶(MGL, L-蛋氨酸g-裂解酶，EC 4.4.1.11)裂解的，類似于蛋氨酸(1,Met)的裂解產(chǎn)生甲硫醇(2)。3和5對蛋氨酸酶的Km值明顯小于1，這與4和6的酸度高于2相一致。對于4和6的細胞毒性，人們提出了非常不同的機制:4在生理條件下是不穩(wěn)定的，分解為胺交聯(lián)劑S=CF2(9，硫碳基氟化)，而6產(chǎn)生超氧化物，在氧化谷胱甘肽和其他纖維素硫醇時引發(fā)氧化應激。在其他工作中，化合物3被大腸桿菌摻入重組蛋白，提供了19 F NMR光譜探針。它還顯示，相對于1,3的硫原子對氧化和與親電試劑反應的活性降低。
三氟硒代蛋氨酸(7,TFSeM, 硒-三氟-甲基-L-同型半胱氨酸)，結合3和5的特征，會表現(xiàn)出相似的生化反應，提供三氟甲烷硒醇(8)。如果是這樣，8的細胞毒性與4和6的相比如何?在大腸桿菌中，7是否會和3一樣被整合到重組蛋白中，但與5相比，7是否具有更強的抗氧化能力?我們在這里描述的第一個合成7(方案2), 它對甲硫氨酸酶的反應性，氧單電子還原2，6和8的比較計算研究，以及從4和8損失氟離子分別得到硫羰基氟化物（S=CF2，9）和硒羰基氟化物（Se=CF2，10）的比較計算和實驗研究。我們還報告了7相對于1、3和5的物理、光譜和計算的結構特性，以及在大腸桿菌中將7并入重組蛋白的努力的結果。
結果與討論
三氟硒代蛋氨酸的合成
以已知的手性起始物(S)-叔丁基-2-(叔丁氧基羰基氨基)-4-羥基丁酸鹽(12，方案2)為原料，合成了一種簡便快捷的三氟硒代蛋氨酸(7)，化合物12經(jīng)連續(xù)甲磺酸化（化合物13）并經(jīng)NaBr（化合物14）和KSeCN處理后，得到結晶叔丁基（S）-2-（（叔丁氧基羰基）氨基）-4-亞硒酸鹽丁酸酯（15，產(chǎn)率約80%），其可由X射線晶體學表征（圖1）。高親脂性的CF3Se組很容易被引入，給出16，以市售三氟甲基三甲基硅烷（CF3SiMe3）與亞硒酸鹽15在0~8℃緩慢（注射泵）添加催化（0.2當量）TBAF（四丁基氟化銨）進行處理。亞硒酸鹽路線是首選的，因為消耗了所有硒基團。通過用三氟乙酸除去16中的保護基，得到無色固體三氟乙酸鹽7a，氟譜的化學位移在-35.12和-76.07，硒譜的化學位移在400ppm。氟譜信號顯示烷基取代的CF3Se基團一般出現(xiàn)在-35ppm（相對于CFCl3），與CF3S的-41ppm比較；三氟乙酸出現(xiàn)在-76.55ppm。以AGS 1-X8樹脂的氯化物形式處理7a，得到7b，即7的鹽酸鹽，為無色固體，氟譜的化學位移在-35.35ppm，硒譜的化學位移在400ppm。所有的生物學研究都使用了鹽7b。
三氟甲烷烯醇(8)的生成與分解
我們試圖生成8, 以評估在人結腸癌HCT-116細胞存在下酶促產(chǎn)生的結果。盡管8之前已經(jīng)被表征過，但據(jù)說它在水中不穩(wěn)定，在加熱時分解為HF和F2C=Se。我們試圖通過堿催化分解3-（三氟甲基硒基）丙腈（18）來制備8或其鈉鹽，進而提出用CF3SiMe3處理3-（硒氰酸根）丙腈（17）來制備8或其鈉鹽（方案3）。在本實驗中，17順利地制備了18，而17又很容易地由3-氯丙腈制備。當用甲醇鈉處理18時，用19 F NMR監(jiān)測反應，僅看到19 F信號對應于氟化物離子，如標準的NMR分析所證實的。當在低溫下存在過量的環(huán)戊二烯時，用甲醇鈉處理18，然后緩慢加熱混合物，3，3-二氟-2-硒基環(huán)[2.2.1]庚-5-烯（19）-已知的環(huán)戊二烯加合物F2C＝SE由GC-MS檢測，因此，8在溶液中加熱后的分解是這樣的。
硒代蛋氨酸(5)和三氟硒代蛋氨酸(7)結構的光譜和計算比較
采用光譜和計算相結合的方法，研究了5的取代甲基和7的三氟甲基的物理和電子結構變化。特別是，在斯坦福同步輻射光源（SSRL）的光束線7-3上進行了5和7（as 7b）的擴展X射線吸收精細結構（EXAFS）測量。利用密度泛函理論（DFT）等方法對所得數(shù)據(jù)進行了分析。Se K近邊譜的分析如圖2所示，5和7產(chǎn)生了驚人的相似的近邊光譜，兩者之間的近邊沒有明顯的位移。兩個近邊譜的一階導數(shù)（圖2中的插圖）也非常相似，因此不可能通過單獨使用Se K近邊光譜來區(qū)分這兩種化學物質。
與近邊緣譜類似，EXAFS譜和相關的傅里葉變換(圖3)對于5和7也非常相似。從EXAFS數(shù)據(jù)[計算為p/(2Dk)，其中Dk是擬合EXAFS數(shù)據(jù)的范圍得到的鍵長理論分辨率為5 (k范圍1-12.5 Å-1)的0.13 Å和7 (k范圍1-14 Å-1)的0.12 Å。根據(jù)EXAFS數(shù)據(jù)的鍵長分辨率，每個類似物中的Se-C鍵長都非常相似，因此必須將它們分別建模為兩個Se-C散射相互作用的單一殼層，從而得到兩個相互作用的平均擬合距離(R)。采用EXAFS曲線擬合分析兩種Se-C反向散射相互作用的單散射路徑，在5和7之間產(chǎn)生了非常相似的鍵長結果，兩個Se-C鍵分別為1.957(2) Å和兩個Se-C鍵分別為1.955(4) Å (7)(表1)。
在劍橋結構數(shù)據(jù)庫（CSD）中搜索5的Se-C鍵長，得出Se-CH3的平均原子間距離為（1.944±0.006）Å, Se-CH2的平均原子間距離為（1.954±0.008）Å，略低于從EXAFS數(shù)據(jù)擬合中獲得的平均值（CSD搜索的平均值取自三個小分子晶體結構，每個結構都含有肽鏈: MAJTAT C-Se-C=97.238°, CH3-Se=1.950, CH2-Se=1.947; DEYFOD C-Se-C=98.688°, CH3-Se =1.939, CH2-Se =1.963; AVIKOG C-Se-C=97.948°, CH3-Se =1.942, CH2-Se =1.952。EXAFS得到的Se-C的平均原子間距仍在CSD搜索Se-CH2鍵得到的實驗誤差范圍內，僅比CSD搜索Se-CH3的最大值長0.002 Å。
DFT結構計算
對每個等結構荷電中性氨基酸模型(蛋氨酸(1)和硒代蛋氨酸(5))及其各自含三氟甲基衍生物3和7分別進行了氣相幾何優(yōu)化。計算得到的Se-CH3鍵長為1.96(2) Å，與EXAFS值為1.92(8)a的偏差最大，約為0.03(8) Å。計算出的雜原子-碳鍵長度(如表2所示)與EXAFS值之間的誤差在0.02 Å以內。
DFT計算表明，當甲硫氨酸模型中的末端甲基變成CF3時，硫鍵長度縮短，同時S-CH2鍵延伸。類似地，對于含硒類似物，硒-CH2鍵在含CF3的衍生物中相對于5也被拉長，而硒- CH3和硒- CF3鍵的長度基本保持不變?；诼?lián)合原子拓撲模型，對每一個優(yōu)化結構進行分子體積計算(圖4)。對蛋氨酸側鏈的每一個研究修改都會導致側鏈體積的增加。
氨基酸5的分子體積比1大4%(如果只考慮雜原子和末端甲基基團，則增加11%)。將1的甲基修飾成CF3，氨基酸體積增加6%(硫和末端基團增加23%)，而將5的甲基修飾成CF3則表示分子體積增加了7% (Se-CX3增加了20%)。修改1到7是最重要的增長，相對于蛋氨酸分子體積增加11%，相對于S-CH3增加33%。
相對于1中的硫雜原子，5中的硒原子有較低的d軌道，這比含硫類似物中的硒原子更容易獲得能量。結果是，5的LUMO的能量比含硫類似物的能量低，并且更多的軌道密度存在于LUMO中的Se原子上（圖4，硫原子處的LUMO密度在使用的輪廓值不明顯）。3末端甲基的修飾在雜原子上引入了一個吸電子部分，結果在含硫蛋氨酸類似物中LUMO具有s -c ?*特征。這些趨勢在含CF3的硒代蛋氨酸類似物中加倍增強，其中硒原子上電子密度的降低導致LUMO性質的顯著改變，使得總密度的顯著部分位于雜原子上，盡管在Se K近邊譜中，核心1s激發(fā)能沒有明顯的變化（圖2），但觀察到的C-X-C鍵角也接近908（圖4）。
5、3和7的HOMO-LUMO間隙相對于計算出的1的HOMO-LUMO間隙分別為-26.5、+100.9和+32.5 kJ/mol。與含甲基甲硫氨酸殘基相比，具有吸電子功能的CF3殘基的存在擴大了HOMO-LUMO間隙，而含硫1向含硒5的轉變則使HOMO-LUMO間隙變小。7的HOMO-LUMO間隙支持了含硫模型中觀察到的CF3修飾的趨勢，其中HOMO-LUMO間隙大于含甲基的類似物。
比較7和5的HOMO-LUMO間隙，得出+59.0 kJ/mol的相對變化，再次反映了1和3的趨勢。這些數(shù)據(jù)也匯總在表S2的支持信息中。在3、5和7之間，各種類似物的HOMOs的性質變化相對較小。兩種硒代蛋氨酸類似物的熒光性質比較表明，它們在硒原子上都具有一定的p軌道性質。5的LUMO分布在氨基酸中，部分來自Se-C s*和Ca-C(O) p*軌道;然而，在CF3類似物中，Se-C s*軌道對LUMO的性質有重要的貢獻，p*對氨基酸主鏈區(qū)域的貢獻相對較小。有趣的是,雖然能量不同,3和7的HOMO和LUMO定性相似,盡管3中HOMO-LUMO間隙計算約為70千焦每摩爾(見表S2的支持信息), 與7不同，3的LUMO在主鏈原子上有更多的p*特征，類似于5(圖4)。
Leroux先前斷定，過去關于CF3至少和異丙基一樣大的斷言是不正確的，事實上，CF3的體積比異丙基的體積要小得多。我們還對異丙基和CF3體系進行了模型計算，我們的發(fā)現(xiàn)支持了Leroux先前的結論，即CF3取代基確實比CH3大，但體積肯定比異丙基小(數(shù)據(jù)未顯示)。此外，我們還比較了系列S- CH3、S- CF3、Se- CH3和Se- CF3側鏈片段的分子空腔。在溶劑化過程中計算出的分子碎片的空腔中包含了溶劑探針分子的額外余量(基于水)。與S- CH3 (47.39Å3)相比，S- CF3的一半體積增大23% (58.43 Å3)， Se- CH3的一半體積增大11% (52.60 Å3)， Se- CF3的一半體積增大33% (63.22 Å3)。
蛋氨酸酶研究
圖5顯示，經(jīng)陰道毛滴蟲蛋氨酸酶(40 UL -1)、1.25、2.5和處理后，HCT116細胞的生長速度分別受到16.7、26.1和44.6%的抑制，分別用1.25、2.5和5 mmol/L 7b處理的細胞分別為5mmol /L 5、49.4、60.0和76.3%。也就是說，在降低細胞濃度方面，7b比所有測試濃度下的5要有效得多。對于7b相對于5的細胞毒性增強有三種可能的解釋，假設蛋氨酸酶從7b釋放8，從5釋放6：1) CF3SeH(8)比甲烷硒醇更有效地生成活性氧(6,方案4), 2)我們假設CF3SeH(8)在生理條件下會分解為Se=CF2(10)，正如我們在模型研究中所做的那樣，Se=CF2(10)應該是主要胺基的一個強有力的交聯(lián)劑，正如所提議的從3到4的細胞毒性，通過形成S=CF2(9，方案5)，或者 3)第一和第二假設過程的某些組合發(fā)生。
方案6闡述了硒酸鹽的氧化還原循環(huán)，以及硒酸鹽的陰離子形式，如6和8。方案4對比了甲硫醇(2)還原二氧的難易度和硒醇(6,6a, 6b, 8)的DFT計算結果。這些計算表明，硒醇是比硫醇更好的還原劑，6和6a是可比較的(在方法的誤差范圍內)，略優(yōu)于6b。這些結果與報道的相對細胞毒性6>6a>6b>2的結果一致。方案4的DFT計算并不能正確預測8的相對觀察細胞毒性，這一事實表明，需要考慮8的獨特性質:例如，氟離子的損失使氟代硒碳酰(方案5中計算的10，之前報道的4 [1a])，正如我們經(jīng)實驗證實為8。第三種可能性是，與8有關的細胞毒性是由于它的酸性增強(如方案5所計算)或其相應陰離子的氧化還原特性。報告中的的2、4、6和8的pKa值分別為10.09±0.10、2.77±0.10、6.50±0.70和-1.29±0.70。
TFSeM與大腸桿菌蛋白的結合
將含氟氨基酸結合到蛋白質中，提供了一種結構探針，并有可能引入有用的功能變化。甲硫氨酸t(yī)RNA合成酶（MetRS）是一種比較混雜的氨酰tRNA合成酶，但它仍然根據(jù)側鏈的長度和幾何結構行使選擇性。鑒于二氟甲硫氨酸和三氟甲硫氨酸（3）已成功地結合到蛋白質中，因此確定TFSeM（7）是否可以類似于合并。用含氟類似物替代特定氨基酸的標準程序包括在無法合成傳統(tǒng)氨基酸的大腸桿菌輔助營養(yǎng)體中表達目標重組蛋白。將氟化氨基酸添加到限定的培養(yǎng)基中，由細胞吸收，然后并入蛋白質中。成功的取代既依賴于所討論的氨基酰核糖核酸合成酶利用氟化類似物的能力，也依賴于當插入類似物時新生鏈折疊成穩(wěn)定三維結構的能力。通過這一程序實現(xiàn)的合并比率往往很低，由于在將氟化氨基酸裝入特定的氨基酰核糖核酸合成酶方面存在挑戰(zhàn)，以前的文獻報道了10-15%的成功將3并入綠色熒光蛋白，31-70%的成功將3并入噬菌體l溶菌酶的不同位置。這些研究表明，氟化氨基酸的摻入對于暴露在溶劑中的位置是最有效的，在這些位置，更大的體積和疏水性的變化可以更好地耐受。
為了評估7的摻入，我們選擇鏈球菌蛋白G（G B1）的56個氨基酸蛋白免疫球蛋白結合B1結構域作為靶點。GB1具有非常穩(wěn)定的折疊，經(jīng)常被用于蛋白質折疊和熱穩(wěn)定性的研究。我們構建了一個在純化后，每個蛋白中都有一個單獨的Met殘基存在于蛋白質中的變體：一個Val39Met變體，其中Met位于環(huán)中；一個Leu5Met變體，其中Met位于環(huán)中位于蛋白質的疏水核心（圖6A）。相似的替換被證明是穩(wěn)定的和折疊良好的。比較兩個不同變體的表達水平可以檢驗7的結合是否是位置依賴的。
我們遵循報告的表達程序，加入3和其他蛋氨酸類似物，并進行以下修改。首先，我們利用C43（DE3）為基礎的大腸桿菌氨基酸營養(yǎng)缺陷型宿主菌株RF11，其中Meta被刪除，其次，MET被包含在生長培養(yǎng)基中，因為先前的研究表明，在生長培養(yǎng)基中包含10%的Met可以降低SEM的毒性，同時允許高的SEM摻入比。為了減少7的毒性，以其鹽酸鹽7B的形式，Met營養(yǎng)缺陷型RF11在溶生性培養(yǎng)液（LB）中生長，并在生長的中對數(shù)階段切換到定義的培養(yǎng)基中。以9:1摩爾比添加Met、SeM和Met，或以9:1摩爾比添加TFSeM（as 7b）和Met。通過SDS-PAGE分析比較表達水平（圖6B和C）。在TFSeM（AS 7b）存在下生長的GB1的表達水平低于在單獨存在或SEM和MET存在下檢測到的，從而表明TFSeM比SEM更具細胞毒性，與先前關于氟化氨基酸毒性的報告一致。
為測定TFSeM (as 7b)的摻入率，用IMAC層析法對兩種蛋白進行純化，實驗部分詳細介紹。純化后的GB1 Leu5Met和GB1 Val39Met的質譜中，以9:1摩爾比的TFSeM (as 7b)/Met生長，沒有明顯的TFSeM插入的證據(jù)(圖7b和D)，相反，蛋白質的分子質量表明加入了SeM。當細胞在9:1摩爾比的SeM/Met條件下生長時，GB1 Leu5Met和GB1 Val39Met主要含有SeM，這反映了其相對于所定義的培養(yǎng)基中Met的豐度(圖7A和C)。
由于在Met auxotroph的生長培養(yǎng)基中既沒有SeM也沒有其他硒源，如果SeM確實與GB1結合，那么插入GB1的觀察到的SeM一定來源于TFSeM。為了確認ESI-MS檢測到的蛋白種類，我們對RF11中制備的GB1 Val39Met進行了放大。通過完整蛋白質ESI-MS和串聯(lián)質譜對所得樣品進行分析。在生長培養(yǎng)基中，分別用22 mm Met（圖8A）、22 mm Met和200 mm TFSeM（圖7b、圖8B）和200 mm TFSeM（圖7b、圖8C）過度生產(chǎn)了GB1 Val39Met。本實驗觀察到的主要蛋白形態(tài)為GB1 al39Met(計算分子量為6179 Da，觀察分子量為6180 Da)。也存在低分子量的形式，可能來自于蛋白質中一個甲基(6166 Da)或水(6166 Da)的損失。這些變化可能是由于在低Met濃度下生長的Met生長抑菌所產(chǎn)生的應力所致。在6220/1 Da處形成的蛋白很可能是體內乙?；蚺cLC中使用的乙腈相互作用的結果。只有當生長培養(yǎng)基中使用22mm Met和200mm TFSeM過量產(chǎn)生GB1 Val39Met時，才有可能檢測到懷疑含有SeM的6227 Da峰。圖8B為經(jīng)胰酶消化后串聯(lián)ms測序的樣品。圖8D為肽QYANDNG(SeM 39)GDEWTYDDATK，根據(jù)其分子量和硒的不同同位素模式進行鑒定。由于該肽在樣品中的豐度較低，因此無法對其進行完全測序。有趣的是,盡管該樣品還含有一種6280 Da的物質，其分子量與計算出的GB1 Val39TFSeM相匹配，未檢測到相應的肽QYANDNG(TFSeM 39)GDEWTYDDATK。因此，我們無法從實驗上證實TFSeM在這些特定的生長條件下被納入GB1。
如前所述，由于生長培養(yǎng)基中既沒有SeM也沒有其他硒來源，且在生長培養(yǎng)基中沒有TFSeM而過量產(chǎn)生GB1 Val39Met時沒有觀察到SeM蛋白，因此我們推斷TFSeM片段在體內還原為SeM。在TFSeM存在下培養(yǎng)的大腸桿菌中，SeM在GB1 Val39Met和Leu5Met中表達，可以設想通過中間形成TFSeSAM來實現(xiàn)。在這種途徑中，一個或多個依賴于s -腺苷蛋氨酸(SAM)的甲基轉移酶(MTases)可將三氟甲基基移除，這些甲基轉移酶通常將SAM的甲基部分轉移到目標受體(方案7)。由此產(chǎn)生的化合物，se -腺苷基同型半胱氨酸(SeAH)，將會被s -腺苷同型半胱氨酸/甲基硫代腺苷核苷酶生成腺嘌呤和se -核糖基-同型半胱氨酸，后者通過核糖體同型半胱氨酸裂解酶轉化為同型半胱氨酸和(4S)-4,5-二羥基戊烷-2,3-二酮。然后，高半胱氨酸被依賴于鈷胺或不依賴于鈷胺的蛋氨酸合酶甲基化，生成硒代蛋氨酸。同型半胱氨酸的甲基化也可以通過不太為人所知的機制發(fā)生，如mmuM基因在大腸桿菌中產(chǎn)生的同型半胱氨酸S-甲基轉移酶的作用，它使用l-S-甲基蛋氨酸或SAM的S(+ +)異構體作為甲基供體。
為了確定TFSeSAM是否是由TFSeM形成SeM的關鍵中間體，對大腸桿菌甲硫氨酸腺苷轉移酶(MAT)將TFSeM轉化為TFSeSAM的能力進行了評估。MAT催化L-蛋氨酸和ATP縮合形成SAM，并作為副產(chǎn)物生成焦磷酸鹽和無機磷酸鹽。圖9A顯示了在有TFSeM（as 7b）的情況下，在25°C的轉換條件下培養(yǎng)30或60分鐘的MAT反應產(chǎn)物的HPLC洗脫曲線。含有相關腺嘌呤化合物（虛線）和色氨酸（用作內標）的真實標準的痕量表明，在11到13分鐘之間洗脫SAM和SeSAM。在30和60分鐘時間點，在含有TFSeM的反應中，SAM或SeSAM的對應區(qū)域均不存在峰，整個色譜圖中的可見峰在反應開始前（0分鐘）出現(xiàn)，且不隨時間增加（藍、黃和紅線）。在相同條件下進行的對照反應的高效液相色譜洗脫譜(但包含SeM而非TFSeM)顯示，SeSAM的形成穩(wěn)健且隨時間變化(圖9B，紅色、黃色、綠色和藍色的痕跡)，表明MAT制劑是活性的。SAH之后未知的洗脫峰也出現(xiàn)在TFSeM反應中，很可能是MAT制備過程中的污染物。SeAH的觀察表明，MAT制劑也被一個或多個甲基轉移酶污染。
用LC-MS分析類似的反應，以評估TFSeM (as 7b)的濃度是否隨時間變化。圖S1A顯示了在SeM存在下不同孵育程度下MAT反應的總離子色譜圖。峰值在1.14、1.39、1.54和4.46分鐘出現(xiàn)隨時間變化。在1.39 min (m/z 198.1)時，其峰值與SeM相對應，并隨時間變化而降低，而在1.14 min (m/z 447.1)、1.54 min (m/z 433.1)和4.46 min (m/z 346.1)時，其峰值分別與SeSAM、SeAH和硒腺苷(MSeA)相對應，并隨時間變化而升高。SeAH和MSeA的形成是意料之中的，考慮到MAT制備過程中的甲基轉移酶污染以及SeSAM非酶催化形成MSeA和同絲氨酸內酯的傾向。相比之下，在不同程度的TFSeM孵育下，MAT反應的總離子色譜圖顯示，在孵育18小時后，TFSeM的濃度變化不明顯(圖S1B)。
鑒于大腸桿菌MAT似乎不使用TFSeM作為底物，我們進行了實驗，以評估大腸桿菌中的其他蛋白質是否可以作用于它。在這些實驗中，用大腸桿菌蛋氨酸營養(yǎng)不良菌株B834（DE3）pLysS的粗裂解液對1 mm的TFSeM（as 7b）進行不同時間的孵育，并用LC-MS分析反應。如圖10A和B所示，TFSeM和SeM均以時間依賴的方式消耗。當用TFSeM和粗裂解液進行類似反應時煮沸10分鐘或在含有分子量為3 kDa的膜的旋轉濃縮器中離心的粗裂解液濾液，在整個18小時的培養(yǎng)期內，SeM和TFSeM的濃度保持恒定（圖S2A-D）。這種行為強烈地表明，TFSeM在大腸桿菌中是由一種未經(jīng)鑒定的蛋白質作用的?？傊?，這些結果表明，盡管TFSeM未轉化為TFSeSAM，但它是大腸桿菌中另一種蛋白質的靶點，最有可能將其轉化為高硒半胱氨酸或該代謝物的前體。
結論
以N-(叔丁基羰基)-L-天冬氨酸叔丁基酯為原料，經(jīng)七步反應合成了一種新的非天然氨基酸三氟硒代蛋氨酸(7)。與硒代蛋氨酸(5)相比，三氟硒代蛋氨酸對人結腸癌HCT-116細胞的細胞毒性增強。通過計算和實驗驗證了這種增強活性的機制解釋。用EXAFS和DFT計算5和7的結果表明，它們在光譜和結構上非常相似。然而，當用7（as 7b）和蛋氨酸以9:1的比例在大腸桿菌蛋氨酸營養(yǎng)不良細胞系RF11中表達兩個不同的蛋白GB1突變體時，發(fā)現(xiàn)令人驚訝的是，超過80%的蛋白含有5，即使沒有添加5，這意味著三氟甲基從7失去。一種未知的酶催化這個過程。確定是哪一種酶導致了7的三氟甲基的缺失是很有意義的，因為這種化學基團存在于許多藥物中，因此具有內在的藥用價值。
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