Chem. Eur. J. ：碘代嘧啶分子探针用于揭示MIF和MIF2的核转移及其核酸酶活性

荷兰格罗宁根大学Dekker课题组报道了一个4-碘代嘧啶结构的荧光分子探针（图1），基于该探针的细胞成像结果揭示了巨噬细胞移动抑制因子（Macrophage migration inhibitory factor , MIF)及其同源蛋白MIF2的核转移现象，进一步实验证明MIF和MIF2都有催化DNA剪切的核酸酶活性。

图1. 4-碘代嘧啶分子探针特异性标记MIF和MIF2示意图。

MIF最早被发现为一个炎症相关细胞因子，近年来大量研究证明MIF在细胞生长及凋亡调控上也有关键作用，这些研究证明MIF可以作为肿瘤或神经退行性疾病的潜在治疗靶点。2016年，wang等发现细胞在氧化应激或其他外界刺激下，主要分布在细胞质中的MIF能被凋亡诱导因子（apoptosis-inducing factor，AIF) 招募后进入细胞核，发挥核酸酶的活性，并介导细胞凋亡。MIF的同源蛋白MIF2在结构和功能上与MIF类似，但目前对MIF2的研究远滞后于对MIF的研究，尤其缺少MIF2靶向的小分子探针。因此，开发可用于特异和高效标记MIF2的小分子探针对阐明MIF2在胞内转运过程及其相关活性有重要意义。

Dekker课题组利用已知的MIF/MIF2共价抑制剂4-IPP作为共价结合靶头，设计合成了类似物(7)及荧光基团缀合（8）或生物素缀合（9）的探针（图2A）。酶实验证明这些工具分子都能共价结合到MIF和MIF2 的N端脯氨酸，而且形成共价键的速率不同。化合物7对MIF有很强的选择性，对MIF2基本没有活性，因此可用于选择性地与MIF反应而不影响MIF2。两个探针分子则都对MIF有高标记活性，对MIF2有中等标记活性。探针9能在全细胞裂解液中特异性标记分子量13kDa左右的蛋白条带，此条带对应MIF和MIF2 的分子量（图2B）。在探针9标记的细胞裂解液中，Streptavidin磁珠能富集到MIF和MIF2，说明4-碘代嘧啶是能在全蛋白条件下高特异性标记MIF和MIF2的分子靶头。

图2. （A）4-碘代嘧啶分子工具的结构；（B）探针9能在细胞裂解液中特异性标记MIF和MIF2分子量对应的蛋白条带。

以4-碘代嘧啶为活性基团的荧光探针8低浓度下在细胞内的分布与MIF抗体高度重合（图3A）；而利用分子7将MIF活性位点封闭后，荧光探针8在细胞内分布则与MIF2一致（图3B）。这些结果说明工具分子7和8可用于MIF或MIF2的选择性标记和定位。7和8介导的细胞内蛋白标记显示MIF和MIF2都会在MNNG（DNA诱变剂）刺激条件下从细胞质转移到细胞核，提示MIF2可能也有核酸酶活性。进一步的基因组DNA剪切实验证明，MIF2与MIF类似，具有能催化DNA水解的核酸酶活性（图3C）。

图3. （A）探针8用于标记MIF；（B）探针8用于标记MIF2; (C)MIF和MIF催化DNA剪切。

基于碘代嘧啶结构的荧光探针为MIF/MIF2研究提供了简单高效的研究工具，还帮助首次揭示了MIF2的核酸酶活性，为进一步研究及靶向疾病相关的MIF/MIF2提供了重要依据。

论文信息：

4-Iodopyrimidine labeling reveals nuclear translocation and nuclease activity for both MIF and MIF2

Zhangping Xiao, Deng Chen, Fabian Mulder, Shanshan Song, Petra E. van der Wouden, Robbert H. Cool, Barbro N. Melgert, Gerrit J. Poelarends, Frank J. Dekker

Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202103030