文章导读
如何在不干扰生命进程的前提下，对细胞内的核酸和蛋白进行精准操控？武汉大学科研团队最新开发的MAAD生物正交反应给出了突破性答案。这项无需催化剂的新型反应体系，能在生理环境下快速完成生物分子标记，成功应用于活细胞RNA成像和蛋白质追踪。更令人振奋的是，研究团队将这一技术融入CRISPR基因编辑系统，通过化学修饰精准调控Cas9活性，为解决基因编辑脱靶难题开辟了新路径。这项兼具高效性与兼容性的技术，正在打开精准医疗与基因治疗的全新可能。
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（通讯员武凌宇）武汉大学化学与分子科学学院周翔/田沺教授团队联合刘文博教授团队在Nature Communications在线发表题为“A catalyst-free bioorthogonal reaction for malononitrile addition to azodicarboxylates”的研究论文，报道了一类无需催化剂的生物正交反应体系MAAD（malononitrile addition to azodicarboxylates）。黄宏贵博士、刘星宇博士、齐倩倩博士为共同第一作者，刘文博教授、田沺教授为共同通讯作者，武汉大学为唯一通讯单位。
生物正交反应（bioorthogonal reaction）是在复杂生物体系中不干扰天然生命过程的高选择性、高活性人工化学反应。自Staudinger连接、CuAAC（铜催化叠氮-炔环加成）、SPAAC（张力促进环加成）、四嗪-烯烃配对等经典反应体系被发明以来，化学生物学家可以在细胞甚至活体内“精准打标签”，追踪蛋白、糖、脂质和核酸的动态变化，大幅拓展了对生命过程的化学解析能力。然而，现有生物正交反应在实际应用中仍存在如生物兼容性、反应速度、底物合成难度以及与其他反应的正交性等限制，这也推动着新一代生物正交反应的持续发展。
本工作中，研究团队发展了以丙二腈与叠氮二羧酸酯为反应对的MAAD生物正交反应。该反应无需额外催化剂和添加剂，在室温、水溶液及生理条件下即可快速、定量进行，在宽pH范围、离子强度及谷胱甘肽、蛋白等复杂背景下仍保持高选择性和高转化率，底物易于合成和改造，展现出优异的生物兼容性和通用性。
依托这一新正交反应，研究团队构建了多种应用场景：其一，利用带丙二腈手柄的2′-OH修饰试剂，实现RNA骨架的可控化学标记，再通过MAAD反应“一步点击”连接生物素或荧光基团，用于体外RNA富集和活细胞RNA成像；其二，将丙二腈模块引入蛋白和抗体，结合MAAD反应实现蛋白及细胞膜受体的特异性标记和荧光示踪，为抗体探针和膜蛋白成像提供了新策略。
更具特色的是，作者将MAAD反应嵌入CRISPR体系，将丙二腈手柄修饰在sgRNA/crRNA上，通过MAAD反应在化学修饰位点“放大”空间效应，从而精细调控Cas9和Cas13a的活性，在不影响未修饰体系的前提下，有效控制并改善基因编辑的脱靶问题。这一思路将“标签化学”升级为“功能调控化学”，为提高CRISPR安全性提供了新型工具。
总体而言，MAAD反应兼具新颖反应模式、高度生物兼容性和良好正交性，可在核酸、蛋白标记及基因编辑调控等多层次场景中发挥作用，有望进一步拓展至活体成像、可控基因治疗以及多通道化学生物学工具体系的构建。
论文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-025-64727-x.
（编辑：肖珊）
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RNA标记技术又进步了👍
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