分享一篇发表在NCB上的文章，题目是“Detecting features of antibody structure through their mediator-accessible redox activities”，通讯作者有两位，分别是来自美国马里兰大学帕克分校的Gregory F. Payne和William E. Bentley，研究方向都是将电子学与生物学联系起来的“生物电子学”。

蛋白质的氨基酸经常会被具有氧化还原活性的分子（例如活性氧）修饰，这些修饰会影响蛋白质的结构和功能。这些翻译后氧化还原修饰可能对蛋白质的结构和功能产生重要影响（例如半胱氨酸残基从硫醇到二硫键的转换），这些修饰的变化有时是有害的。例如，在抗体制备的工艺中，抗体二硫键的减少会导致低分子量形式副产物的产生，甲硫氨酸氧化也会改变产品质量和药代动力学特征。作为金标准的蛋白质质谱（mass spectrometry, MS）或毛细管电泳（capillary electrophoresis, CE）可以表征抗体的化学性质，但流程较为复杂。因此，作者报道了一种新兴的电化学方法，称为介质电化学监测（mediated electrochemical probing, MEP）用于简单、快速和灵敏地检测单克隆抗体（monoclonal antibodies, mAb）的还原和氧化变体。

虽然半胱氨酸残基通常隐藏在蛋白质的三维结构中，但mAb中的半胱氨酸经常暴露在外，这使得它们能够发生氧化还原反应。在还原片段中，半胱氨酸残基的暴露硫醇可被介质氧化，从而使介质处于还原状态，因此，介质的氧化还原状态就可以反映mAb的氧化还原活性（mediator-accessible redox activities, MARA）。

作者选择弱氧化剂二茂铁二乙醇（ferrocene dimethanol, Fc）对暴露的半胱氨酸残基的巯基进行监测。当施加适当的输入电压时，Fc被电极（Fc^Ox）氧化，从电极表面扩散出去，并与半胱氨酸交换电子，再生出其还原形式（Fc^Red），导致氧化电流与只有介质的溶液相比更大，而还原电流则会衰减。作者使用NISTmAb作为测试案例，并用TCEP处理制备还原样品，验证了正常NISTmAb不会对氧化还原电流造成显著影响，而随着还原变体浓度的增加，氧化电流的扩大和还原电流的衰减程度也会增加，并且可以量化。在在生物工艺环境中，例如位于含有维生素、氨基酸和其他潜在氧化还原活性成分的细胞培养基中，MEP流程始终能区分正常mAb和还原型mAb，只是电化学响应大小有所区别。

随后，作者选择了比Fc更强的氧化剂六氯铱酸（hexachloroiridate, IV）进行甲硫氨酸氧化还原状态的监测。加入甲硫氨酸时，它同样可以对介质进行还原，从而导致氧化电流的增强，但由于氧化的甲硫氨酸无法进行电子的交换，当甲硫氨酸发生氧化时，氧化电流会回到对照水平，而这两种情景下还原电流都不会有明显的变化。作者同样使用NISTmAb对该方法进行了验证和表征，用过氧化氢对mAb进行氧化，并证明了氧化型mAb的氧化电流与正常mAb相比，回到对照水平。

总之，作者开发了一种新的电化学方法MEP，用于监测抗体的氧化还原状态，并揭示了将分子结构信息转换为电子信息的潜力。

本文作者：ZCL

责任编辑：FTY

文章链接：

https://www.nature.com/articles/s41589-024-01778-z

原文引用：DOI：10.1038/s41589-024-01778-z