分享一篇近期發(fā)表在Org. Lett.上的文章，題目為Polypeptide Preparation by β?Lactone-Mediated Chemical Ligation。文章的通訊作者是紐約州立大學(xué)奧爾巴尼分校的Qiang Zhang。
天然化學(xué)連接NCL（Native chemical ligation）是一種在蛋白質(zhì)和多肽化學(xué)合成領(lǐng)域廣泛使用的片段連接技術(shù)，因其高效的化學(xué)選擇性連接反應(yīng)而在多肽和蛋白質(zhì)的合成中占據(jù)重要地位，其核心在于利用多肽C端的硫酯與N端未保護的半胱氨酸（Cys）殘基之間的高效化學(xué)選擇性反應(yīng)，形成天然的肽鍵，從而連接多肽片段。然而，當?shù)鞍踪|(zhì)或多肽的N端或C端空間位阻較大時，基于硫酯的NCL效率較低，尤其是多肽C端含有β-支鏈（如Ile, Thr, Val）和Pro衍生的C端硫酯時，反應(yīng)緩慢且易發(fā)生差向異構(gòu)化和水解。
本文作者發(fā)展了一種基于β-內(nèi)酯的NCL反應(yīng)，能夠無差向異構(gòu)化地高效連接多肽片段，特別是多肽N端含有空間位阻較大的Thr殘基的情況下。該方法顯示出廣泛的側(cè)鏈耐受性，并成功應(yīng)用于環(huán)狀多肽和多肽硫酯的制備（圖1）。
作者展示了多肽N端β-內(nèi)酯的合成路線（圖2），使用Boc化蘇氨酸為原料，PyBOP為縮合劑，通過兩步反應(yīng)以67%的產(chǎn)率獲得β-內(nèi)酯，再將該蘇氨酸β-內(nèi)酯用EDC偶聯(lián)的方式連接到目標多肽上。最終產(chǎn)率為39%。 接下來，作者篩選了β-內(nèi)酯NCL反應(yīng)條件。抑制β-內(nèi)酯的水解是反應(yīng)成功的關(guān)鍵，例如在pH=7.8的PBS中幾乎只能得到水解副產(chǎn)物；而在pH=10的水溶液中，巰基負離子的親核性顯著提高，且三乙胺在該反應(yīng)中由于沒有親核性，是一種合適的堿（圖3）。圖3. β-內(nèi)酯NCL反應(yīng)條件篩選。 作者使用以上反應(yīng)條件摸索了β-內(nèi)酯NCL反應(yīng)的適用范圍，該反應(yīng)也適用于部分N端含有巰基的非天然多肽（圖4）?？偟膩碇v，Lys, Asp, Thr, His, Arg, Tyr, Met, Ser均不影響β-內(nèi)酯NCL反應(yīng)過程（圖5）。此外，在實驗中作者證明了蘇氨酸β-內(nèi)酯開環(huán)后不存在差向異構(gòu)化現(xiàn)象，以及反應(yīng)用于環(huán)肽的制備的可能性。圖4. β-內(nèi)酯NCL反應(yīng)普適性驗證。圖5. β-內(nèi)酯NCL反應(yīng)選擇性驗證。 綜上所述，本文提出了一種創(chuàng)新的β-內(nèi)酯介導(dǎo)的NCL方法，克服了傳統(tǒng)NCL在連接具有空間位阻殘基時的挑戰(zhàn)，特別是含有Thr殘基的多肽連接。通過優(yōu)化反應(yīng)條件，該方法實現(xiàn)了高產(chǎn)率、無差向異構(gòu)化的多肽連接，并展示了廣泛的側(cè)鏈耐受性和對非天然肽段的適用性。這一進展為多肽和蛋白質(zhì)的化學(xué)合成提供了新的有力工具。DOI: 10.1021/acs.orglett.4c01587Link: https://doi.org/10.1021/acs.orglett.4c01587
