蛋白質(zhì)的N-H鍵活化？

來源：作者：人氣：-發(fā)表時間：2016-07-19 10:05:00【大中小】

多肽的化學(xué)修飾對于藥物研發(fā)、生物材料以及生物分子探針的設(shè)計意義重大。但是，大部分針對多肽或者蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)修飾都局限于支鏈的改造。我們知道，自然界經(jīng)過億萬年的進化，能夠神奇精準的對蛋白質(zhì)或者肽鏈的某一特定位置進行修飾（如乙酰化、甲基化等），這種看似簡單的操作對于生存卻意義重大，這種微小的結(jié)構(gòu)變化對于穩(wěn)定蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)以及通過選擇性識別蛋白-蛋白相互作用來抑制某些酶的活性。比如細菌通過N-甲基化調(diào)控自身產(chǎn)生抗生素，生物體內(nèi)組蛋白的乙?；脚c腫瘤的產(chǎn)生息息相關(guān)。

目前多肽中氨基的烷基化或者芳基化仍存在很大挑戰(zhàn)。盡管可以用非自然的氨酰-tRNA合成酶來實現(xiàn)非自然肽鏈的合成，但使用N-取代的非天然氨基酸的報道非常有限。固相合成是另一種很好的取代方法，但是一旦涉及到N-烷基取代的氨基酸，往往兼容性就出現(xiàn)問題。而關(guān)于肽鏈骨架氨基的直接修飾方法就更少了?；诖?，美國萊斯大學(xué)的Zachary Ball課題組開發(fā)了二價銅催化的肽鏈骨架N-H鍵活化（組氨酸定位基團）。（Histidine-Directed Arylation/Alkenylation of Backbone N–H Bonds Mediated by Copper(II).?J. Am. Chem. Soc.,?2016,?138, 7472-7475, DOI: 10.1021/jacs.6b03390）

Zachary Ball課題組開發(fā)了二價銅催化的肽鏈骨架N-H鍵活化

首先，作者用短鏈蛋白質(zhì)促甲狀腺激素釋放激素（TRH，下圖中1）作為模型，在NMM緩沖液中，芳基硼酸化合物2在醋酸銅催化下與1發(fā)生N-芳基化得到化合物3。質(zhì)譜、核磁二維譜及二級質(zhì)譜確定修飾位點在組氨酸鄰位焦谷氨酸N上（此反應(yīng)與Chan?Lam偶聯(lián)反應(yīng)類似，但后者需要堿性條件且一般在無水環(huán)境中甚至加熱才能實現(xiàn)）。進一步的對照試驗證明組氨酸殘基的存在必不可少，且修飾專一發(fā)生在組氨酸前一氨基酸的氨基上。

短鏈蛋白質(zhì)促甲狀腺激素釋放激素在醋酸銅催化下合成N-芳基化得到化合物

得到此結(jié)果后，作者擴大了肽鏈以及硼酸化合物的多樣性。如下圖所示，Leuprolide（4）是一個與TRH類似N末端為Glp的多肽，對芳基硼酸及烯基硼酸的適應(yīng)性都非常好。而另一多肽angiotensin I（5）相對比較惰性，但烯基硼酸對此多肽相對于芳基硼酸活性要好很多。另外由于angiotensin I另一H6組氨酸的存在，會有混合產(chǎn)物出現(xiàn)，這也是此方法的一個缺陷（多個組氨酸存在影響定位）。

嘗試了不同長度的多肽后，作者用了蛋白質(zhì)溶菌酶（lysozyme，～14 kDa）作為底物，并選用三種不同的芳基三氟硼酸鹽（化合物15、16、17）進行14位精氨酸（15位為組氨酸）的定點修飾?；衔?5和16修飾的產(chǎn)物可以通過Click Chemistry與coumarin進行熒光顯色，化合物17可以與脫硫生物素pull-down并通過affinity purification，得到的修飾后蛋白質(zhì)的分子量符合預(yù)期（因為只有一個組氨酸所以是單一位點修飾）。