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【JACS】基于吡啶盐的可逆多肽环化实现对多肽-蛋白亲和力的可逆调控

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        现代生物共轭化学领域极大地扩展了体外和活体系统中生物大分子的标记、剖析、绘图和富集技术的范围。最近,具有可调下游裂解功能的新型共轭策略受到越来越多的关注,因为这些方法可以拆解共轭物,再生出未修饰的物种,并允许对生物大分子的结构、功能和动力学进行操作。例如,可裂解多肽叠层法具有开发多肽调节剂的潜力,可用于研究传统的不可药用的蛋白质-蛋白质相互作用(PPIs)并了解其动态。抗体药物共轭物(ADCs)中的可裂解连接体在临床癌症治疗开发中显示出巨大的前景。此外,可裂解生物共轭化学还发现了在酶活性探测、蛋白质配体开发、蛋白质组分析等方面的应用

        利用半胱氨酸残基独特的亲核性和可氧化性,人们已开发出化学可裂解或可逆生物共轭方法来修饰和解调半胱氨酸残基。重要的是要区分可裂解多肽钉合和蛋白质修饰,因为很少有方法能同时满足这两种应用。关于可裂解肽环合的研究为数有限,这需要使用能提供多个锚和裂解位点的方法,如四嗪和二溴马来酰亚胺。这些方法可以通过光解或还原释放线性肽,但通过短链切割过程实现对肽功能的调控还有待充分了解。此外,改善多肽的生物物理特性,如稳定性和细胞膜渗透性,是评估多肽环合方法的另一个重要标准。而在可裂解蛋白质功能化方面,已经开发并应用了几种精确设计的弹头,用于特定用途,包括蛋白质固定和牵引、可逆酶抑制、激酶非催化半胱氨酸的可逆靶向、以及 ADC 的可裂解连接。虽然每种方法都有其优势,但在目前的工具箱中,可与更广泛的化学、生物和制药应用兼容的可裂解生物键合平台仍然是非常理想的。

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图片来源:JACS

       实现多功能反应平台需要良好的结构多样性和对结构-活性关系(SAR)的透彻理解,通过调节生物共轭物和钉肽的稳定性和可裂解性,可以对生物活性进行微调。作者团队最近研究了带正电荷化合物(如锍和吡啶)的独特还原性和生物物理特性,使它们成为生物共轭的理想候选物。芳香族亲核替代物(SNAr)反应在生物共轭化学领域得到了广泛的研究和应用,有报告显示了这类试剂在使用含氮杂环及其鎓盐作为共轭试剂时的巨大潜力。通过对这些缺电子化合物的深入了解,作者发现以卤素为离去基团的吡啶鎓是通过 SNAr 进行可调生物共轭的合适平台。而卤代吡啶类化合物的亲电性可以通过改变有效核电荷来预测和微调,这是因为人们对芳香环上取代基的电子效应有充分的了解。此外,硫醇-吡啶类化合物中 S-Csp2)键的硫醇交换也可以通过调整取代基来预测和调节(图 1a)。种类繁多的吡啶衍生物将为探索反应活性和生物尺度提供前所未有的灵活性和结构多样性。基于对硫醇-吡啶反应的深入研究,我们开发出了一种可裂解的半胱氨酸特异性平台,可以合理地控制反应活性和可裂解性,从而实现肽钉合和蛋白质功能化(图 1b)。

标题:Traceless Peptide and Protein Modification via Rational Tuning of Pyridiniums

作者:Chuan Wan, Yichi Zhang, Jinpeng Wang, Yun Xing, Dongyan Yang, Qinhong Luo, Jianbo Liu, Yuxin Ye, Zhihong Liu Feng Yin*, Rui Wang*, and Zigang Li*

链接:https://doi.org/10.1021/jacs.3c11864

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