Angew?|?上海藥物所發(fā)展位點選擇性的生物分子糖修飾策略
文章來源:上海藥物研究所 | 發(fā)布時間:2024-02-28 | 【打印】 【關閉】
2024年2月23日,中國科學院上海藥物研究所黃蔚課題組于Angew. Chem. Int. Ed.發(fā)表了題為Site- & Stereoselective Glycomodification of Biomolecules through Carbohydrate-Promoted Pictet-Spengler Reaction的研究論文,基于糖底物的反應特性,實現了生物分子N端色氨酸選擇性的糖修飾,為均一糖偶聯(lián)物的構建提供了一種高效的方法,同時也為生物分子的結構和功能調控提供了一種可行的途徑。
糖類在眾多基礎的生命活動中均扮演著重要角色,揭示其在生物學中的作用以及與疾病發(fā)生的關系并進行干預,一直是近些年來的研究熱點。結構明確且均一的糖類,可以更好地滿足糖生物學相關的研究;天然來源的糖類往往存在不均一性,通過化學手段對其進行編輯,不僅可以得到更均一的結構,同時可以大大拓展其多樣性,從而促進相關領域的發(fā)展。
中國科學院上海藥物所黃蔚教授長期從事糖類藥物研究(J. Med. Chem. 2023, 66, 7179; J. Med. Chem. 2023, 66, 1011; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202117849; Acta Pharm. Sin. B 2022, 12, 2417; Nat. Chem. Bio. 2020, 16, 766; J. Med. Chem. 2018, 61, 286; Nat. Protoc. 2017, 12, 1702),致力于通過糖結構特點解決相關科學及臨床問題。延續(xù)這一研究興趣,近期其團隊基于C6-氧化的糖底物獨特的反應特性,發(fā)展了一類生物分子N端色氨酸選擇性的糖修飾策略,解決了傳統(tǒng)Pictet-Spengler反應在生物偶聯(lián)中效率低的難題,首次實現了蛋白N端色氨酸選擇性的定點修飾,構建了一系列結構均一且連接穩(wěn)定的糖偶聯(lián)物。
圖1:基于糖促進的Pictet-Spengler反應的糖修飾策略
該策略反應條件溫和,無需催化劑,僅在中性的緩沖液中即可高效地得到單一的反應產物。標準條件下,不同類型的單糖(葡萄糖、N-乙酰葡萄糖胺、半乳糖、N-乙酰半乳糖胺、甘露糖等)、二糖(乳糖、蜜二糖、N-乙酰乳糖胺),以及來源于唾液酸糖肽(SGP)的復雜寡糖SCT,均可以高效地與N-端色氨酸底物進行生物偶聯(lián)反應。另一方面,利用醛基糖探針,可以快速地在預裝N-端色氨酸的生物分子(多肽、蛋白)中引入糖片段,得到結構均一的糖修飾產物。?
圖2:N端色氨酸選擇性的糖修飾
更進一步,這一基于糖的Pictet-Spengler反應也可以成功應用于糖肽、糖蛋白(抗體)的糖基位點的特異性修飾,進一步偶聯(lián)細胞毒藥物MMAE,即可制備糖位點特異性的抗體藥物偶聯(lián)物(ADC)。體外活性評價顯示,制備的ADC化合物相比MMAE,具有優(yōu)秀的HER2選擇性殺傷作用。此外,該反應也可以很好地用于活細胞標記,相比于經典的羥胺標記法,該方法具有同等的標記效率,無需苯胺催化,形成的化學結構更穩(wěn)定,更利于后續(xù)生物學研究。
圖3:糖基位點的選擇性修飾
作者通過對照實驗發(fā)現,醛基α-位的氧原子結構以及N-端色氨酸的吲哚N-H結構是反應能夠順利發(fā)生的關鍵因素。KIE實驗表明,反應過程中吲哚環(huán)的重新芳構化可能是反應的決速步。進一步地,DFT計算表明,醛基α-位氧原子與吲哚N-H之間形成氫鍵作用可以降低決速步的反應能壘。
上海藥物所助理研究員劉博為論文第一作者,上海藥物所黃蔚研究員為論文通訊作者;同時感謝上海藥物所鄭明月研究員和付尊蘊博士在DFT計算中給予的支持。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金、上海市“揚帆計劃”、中國科學院特別研究助理項目、中國博士后科學基金、杭州創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)領導團隊項目及臨港實驗室等項目的基金支持。