魔域pk哪个职业厉害南开大学陈弓团队：基于两类不同天然胺基之间的新型生物偶联技术

南开大学陈弓团队：基于两类不同天然胺基之间的新型生物偶联技术

生物偶联化学在开发多肽或抗体药物偶联物、疫苗和生物纳米粒子等现代生物制药中发挥着关键作用。近日，魔域pk哪个职业厉害南开大学陈弓教授（点击查看介绍）团队报道了一种新的生物偶联方法，通过使用简单的邻苯二甲醛（OPA）试剂一锅化学选择性的偶联两种不同的胺亲核试剂，各种α-氨基酸、芳基胺和仲胺等均可高效和选择性的与多肽或蛋白质上的赖氨酸侧链ε-氨基进行偶联。该法提供了一种简单而强大的途径来交联小分子药物、成像探针、多肽、蛋白质、碳水化合物、寡核苷酸、甚至病毒颗粒等，而无需任何的预功能化。

图1. OPA介导的不同双胺之间的选择性生物偶联

OPA以其与胺类化合物的缩合而闻名。早在1909年，Thiele就曾报道OPA可以与一分子胺反应生成1-酮异吲哚（图2a）。此外，OPA还可与伯胺和硫醇快速发生三组分反应，高选择性的形成1-硫代异吲哚产物（图2a）。而陈弓教授团队在去年就利用OPA-胺基-巯基三组分反应并结合圆二色谱实现了对氨基酸地快速定量手性识别（Chem. Sci., 2021, 12, 2504）。同时他们还发现，在不存在硫醇反应物的情况下，OPA可以选择性的与两个α-氨基酸分子缩合，形成1-亚胺异吲哚结构。之后他们便利用此反应实现了天然多肽上两个氨基组分与OPA的快速反应来构建环肽（图2a，Nat. Commun. 2022, 13, 311）。在此研究基础之上，作者设想OPA能否以分子间反应的方式对两种不同的胺N1和N2实现选择性的偶联（图2b）。

图2. OPA介导的两种亲核试剂之间的生物偶联

因此，作者选取了模板肽Na-Gly-Phe-Lys-NH2（1）与仲胺Pro（2）（3.0 equiv）、OPA（1.05 equiv）和DIPEA（2.0 equiv）在甲醇溶剂中反应10 min，即以90%的收率得到了目标产物1-2。除了Pro外，作者还发现Phe（3）也可以通过其α-NH2与模板肽1偶联得到目标产物1-3。接下来，作者进一步考察了除Cys和Lys外其余的蛋白源α-氨基酸的反应性，发现它们均可与模板肽1以中等至高等收率成功得到目标产物。

图3. OPA介导的模板三肽与另一分子胺之间的偶联

之后，作者对底物进行了进一步的拓展。如图4所示，该反应具有非常优异的底物适用范围。如基于α-氨基酸（如1-11至1-13）和空间位阻较大（如1-16）的伯烷基胺均可以较好的收率得到目标产物。相比之下，普通伯烷基胺则以较低的收率和较低的化学和区域选择性反应（如1-21）。有趣的是，氨基葡萄糖（17）则以良好的收率得到了糖标记产物（1-17），但区域选择性较差。此外，对于芳胺类底物也可较好反应（如1-22至1-27）。对于中等环大小的仲胺如吡咯烷和其衍生物也可较好反应（如1-28，1-29，1-31）。而无环的N-甲基乙胺（1-30）和哌啶（1-32）则以低收率反应，但哌啶药物帕罗西汀（1-33）则可以中等收率得到目标产物。最后，对于短肽也可通过其N端的氨基以良好的收率与另一多肽Lys的ε-NH2反应（如1-34，36-37）。但某些长肽在甲醇或缓冲液中溶解度不佳，也可在改进的条件[B']（MeOH替换为TFE）中以优异的收率得到目标产物（35-3）。

图4. OPA介导的双胺之间的多肽选择性生物偶联

接着作者又进一步证明了在改进的反应条件下可将各种含胺分子偶联到中小型蛋白的Lys侧链氨基上。例如含有6个Lys残基的溶菌酶蛋白（39）可与生物胞素（12）、荧光素底物（40）和氨基葡萄糖（17）成功反应得到1至3个Lys被标记的目标产物。同时，对于核糖核酸酶A（41）和野生型泛素（43）蛋白均可成功与短肽的N端氨基实现偶联。此外，基于α-氨基酸的底物（11）可以与寡核苷酸5'-NH2-C6-AGTCAGTCAGTC-3'（44）的5’端烷基胺以高转化率得到炔基标记的目标产物（图5b，44-11）。值得注意的是，为进一步展示该反应的应用潜力，陈弓课题组同南开大学刘书琳课题组进行合作，利用Lys侧链连有荧光素的荧光染料（40）成功对甲型H1N1流感病毒进行了荧光成像并证实了荧光素染料被选择性的安装在了包膜蛋白上。重要的是，OPA标记的病毒（45-40）其侵染性并没有任何的损失，可成功监测其在活细胞内的病毒感染过程（图5c）。

图5. OPA介导的双胺之间的选择性生物偶联

综上，陈弓教授课题组开发了一种简单而高效的生物偶联方法，通过使用OPA试剂对两个不同的氨基进行选择性的分子间偶联。该方法已成功应用于偶联多种天然生物相关分子，包括小分子药物、生物探针、多肽、蛋白质、碳水化合物、寡核苷酸，甚至病毒颗粒等，而无需任何的预功能化。预计该方法将在药物化学和其他生物医药制剂的设计和合成中得到广泛应用。

相关工作最近发表于Angew. Chem. Int. Ed.，通讯作者为南开大学的陈弓教授和刘书琳研究员。南开大学博士研究生初鑫为该论文的第一作者。

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Bioconjugation via Hetero-Selective Clamping of Two Different Amines with ortho-Phthalaldehyde

Xin Chu, Bo Li, Hao-Yang Liu, Xiaowei Sun, Xiaochen Yang, Gang He, Chuanzheng Zhou, Weimin Xuan, Shu-Lin Liu, Gong Chen

Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202212199

导师介绍

陈弓

https://www.x-mol.com/university/faculty/22657 

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