今天分享一篇發(fā)表在Chemical Science的文章，題目是Copper-mediated peptide arylation selective for the N-terminus。本文的通訊作者是斯坦福大學(xué)的 Zachary T. Ball教授，他的主要研究領(lǐng)域是具有獨特結(jié)構(gòu)和功能的過渡金屬配合物的設(shè)計，包括過渡金屬配合物在化學(xué)生物學(xué)和藥物化學(xué)中的應(yīng)用。當(dāng)前的項目集中在催化,金屬酶樣功能的設(shè)計以及化學(xué)生物學(xué)的有機(jī)金屬工具。目前,多肽和蛋白質(zhì)的選擇性修飾方法已用于藥物偶聯(lián)物、成像探針和雜化材料等領(lǐng)域。氨基(-NH2)是一種常見的生物結(jié)合位點，主要存在于N端和賴氨酸側(cè)鏈。交叉偶聯(lián)反應(yīng)，通常由過渡金屬配合物介導(dǎo)，已成為N-C鍵形成的重要工具，它們也給多肽和蛋白質(zhì)選擇性的修飾提供了一種有趣的方法。多肽中胺基的交叉偶聯(lián)僅限于少數(shù)特殊情況，包括芳基鈀試劑。雖然銅與N-末端基序結(jié)合是眾所周知的，但這些配位配合物還沒有被用作成鍵催化的中間體，與氨基末端的結(jié)合通常被用作保護(hù)基團(tuán)來阻斷反應(yīng)活性。目前,在生理相關(guān)的水條件下氨基(N-末端和/或賴氨酸)的交叉偶聯(lián)仍然是一個懸而未決的問題，對于常見的多個氨基的選擇性問題在很大程度上還沒有解決。基于此，作者本次描述了對氨基末端具有顯著選擇性的芳基化反應(yīng)，同時，與賴氨酸的氨基不存在競爭性反應(yīng)。在水溶液中，簡單的銅(II)鹽在溫和的條件下就能與芳基硼酸試劑進(jìn)行反應(yīng)。作者研究主鏈酰胺N-H鍵的硼酸偶聯(lián)反應(yīng)時，發(fā)現(xiàn)某些鄰位取代芳基硼酸的化學(xué)選擇性發(fā)生了變化。用磺酰胺取代試劑1，觀察到酰胺N-H鍵上沒有反應(yīng)活性，而N-末端氨基發(fā)生高度化學(xué)選擇性芳基化反應(yīng)(如圖1)。接下來作者又利用試劑1與各種修飾肽進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)，值得注意的是，賴氨酸側(cè)鏈的伯胺基完全不反應(yīng)（如圖1d），反應(yīng)序列的N末端乙?；愃莆镂窗l(fā)生修飾反應(yīng)，這與氨基上的反應(yīng)一致。圖1. (a)用硼酸1a和1b修飾肽2-5;(b-e)多肽2-5反應(yīng)的MALDI-MS譜(粗譜)作者著手了解模型肽5（如圖1e）的反應(yīng)條件的范圍，通過一系列條件的篩選，在PH為7的HEPES緩沖溶液中加入20%MeCN的有機(jī)助溶劑進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)率近乎定量值（97%）。作者又通過檢測硼酸的范圍揭示了結(jié)構(gòu)-反應(yīng)性關(guān)系。僅在選擇的吸電子鄰位取代基觀察到帶有肽2的丙烯酸化產(chǎn)物。為了確定反應(yīng)對不同N末端殘基的耐受性，作者在N末端殘基上合成了變體（如圖2）。該反應(yīng)可耐受多種N末端殘基包括龐大的殘基（色氨酸，纈氨酸和亮氨酸），帶電殘基（精氨酸，天冬氨酸）和甘氨酸。在賴氨酸側(cè)鏈胺存在的情況下，N-末端氨基的反應(yīng)化學(xué)選擇性顯示出特異性。作者假設(shè)化學(xué)選擇性的來源可能是pKa的不同或者是N-端胺的螯合復(fù)合物的中間體，這在賴氨酸側(cè)鏈上是不可能的。為了探索這一點，作者檢測了含有非天然氨基酸的肽，這些氨基酸需要更大的環(huán)螯合結(jié)構(gòu)：bAla和4Abu。與甘氨酸相比，這些肽變體具有更高的pKA。作者發(fā)現(xiàn)，能夠形成6元環(huán)螯合物的bAla肽保留了反應(yīng)性，而4Abu變體(至少需要7元環(huán)中間體)是不起反應(yīng)的。螯合驅(qū)動的選擇性模型最符合這些結(jié)果，盡管還需要進(jìn)一步的研究。但反應(yīng)性研究也揭示了可能的k2銅結(jié)合的性質(zhì)。雖然銅與N-末端序列的結(jié)合得到了很好的研究，但規(guī)范結(jié)構(gòu)通常采用N-結(jié)合酰胺結(jié)構(gòu)（如圖2，B）。炔基是操縱生物分子的最有用和最通用的方法之一，作者發(fā)現(xiàn)含炔基的硼酸可以保持有效的反應(yīng)性?；酋０愤B接的炔烴硼酸是用于N端芳基化的有效試劑。由于預(yù)期產(chǎn)物苯胺在生理條件下不帶電荷，因此芳基化會顯著改變N端的電荷狀態(tài)。作者研究N-芳基化所提供的電荷和結(jié)構(gòu)擾動是否引起肽對酶促降解的穩(wěn)定性。使用氨基肽酶I（一種從肽和蛋白質(zhì)釋放N末端殘基的酶），追蹤了血管緊張素IV 5及其芳基化類似物5a與Pfu氨基肽酶I的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)10分鐘后5完全被消耗了（圖3b）。而5a甚至在孵育2小時后仍保持穩(wěn)定（圖3c）。圖3. (a)用硼酸酯1O和1P對肽5進(jìn)行修飾。用反相高效液相色譜法計算得產(chǎn)率；(b)反相高效液相色譜法測定氨肽酶I對血管緊張素IV(5)和芳基化血管緊張素IV(5a)的酶解條件：100μM5，4.0μM5a，0.08μmgL-1氨基肽酶I，20 μMCu(OAc)2在95℃的NaOAc緩沖液(5μm，pH6.0)中定量。(c)肽酶活性：芳基化血管緊張素IV(5a，橙色)和血管緊張素IV(5，藍(lán)色)氨基肽酶I裂解的時間進(jìn)程
總之，二價銅鹽與鄰磺酰胺基團(tuán)的硼酸可誘導(dǎo)特定于N末端的NH芳基化反應(yīng)。該反應(yīng)在水中的中性條件下進(jìn)行，并使多種N末端殘基發(fā)生芳基化反應(yīng)。反應(yīng)性表明了銅催化胺官能化反應(yīng)的新選擇性范例，該選擇性范例依賴于多肽局部結(jié)構(gòu)特點。
