一种聚合物“Click反应酶“ - 有机定制合成网

分享一篇发表在JACS上的文章，通讯作者是UIUC的Steven Zimmerman教授，他们课题组的研究方向是设计新型小分子/聚合物用于核酸靶向药物，生物成像，以及药物递送。这篇文章中他们开发了一种可催化炔基-叠氮环加成反应的聚合物催化剂，可以对蛋白口袋内、蛋白表面、和游离态的底物进行区分。

在此前的研究中作者曾报道过一种聚合物CuI-SCNP1，由于在聚合物侧链上引入了类似BTTAA的结构，因此可以稳定一价铜离子，并在水相中高效催化μM量级的底物进行CuAAc反应。同时他们发现，CuI-SCNP1容易与蛋白形成静电和疏水相互作用，因此对于蛋白表面的基团也具有高反应活性，并且CuI-SCNP1容易经内吞过程进入细胞内。为了扩展这种“click酶”的用途，作者希望在保留其高催化活性的基础上，通过引入PEG链来影响与蛋白的相互作用并改变其细胞摄取能力。

他们将CuI-SCNP1上原本的季铵盐部分替换为PEG链，发现得到的CuI-SCNP2与BSA的吸附作用明显变弱，SCNP1与SCNP2两种聚合物均可高效催化游离小分子间的CuAAc反应，且反应速率比CuI-BTTAA快约15倍。然而对于含炔基的BSA和游离的叠氮分子而言，SCNP1的催化活性比CuI-BTTAA高约12倍，但SCNP2则几乎没有催化活性，说明SCNP2无法催化蛋白表面的CuAAc反应。对于结合了neutravidin(NAv)的炔基生物素，SCNP1和SCNP2均没有催化活性，而将炔基与生物素之间添加4个长度的PEG链后SCNP1基本恢复活性，说明SCNP1只能催化蛋白表面的反应而不能接触到结合口袋内部。总之，SCNP1和SCNP2两种催化剂能够对蛋白口袋内、蛋白表面、和游离态的底物进行区分。

作为应用，首先作者用两种催化剂监控了PROTAC技术中三元复合物的生成。他们使用一个两端分别带有生物素和磺酰胺结构的分子来同时靶向NAv和CA(碳酸酐酶II)，并在生物素和磺酰胺的邻近处分别引入炔基。当只加入NAv时，SCNP1具有催化活性而SCNP2无催化活性，而同时加入NAv与CA时SCNP1的活性只下降了20%，说明仅有少部分成功形成了三元复合物。

另一个潜在的应用是药物筛选。经过验证，SCNP2基本不会进入细胞内，因此利用带有炔基/叠氮的小分子片段库，结合CuAAc反应就可以在不影响细胞内部环境的情况下生成大量的药物分子来测试活性。并且SCNP2相比传统CuAAc反应催化剂具有更高的催化活性，可以在多数药物的IC50浓度附近(μM量级)近乎定量地催化反应进行，这也使得原位的药物合成-活性测试成为可能。他们使用10种叠氮分子，6种炔基分子原位筛选了60种潜在反应产物的细胞毒性，成功找到了一种三苯基膦-炔基与间苯二甲醚-叠氮的反应产物，它的IC50为24μM。