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蛋白质生物结合和结构蛋白质组学的新技术

捷克科学院和位于布尔诺的初创公司CF Plus Chemicals的研究人员(苏黎世联邦理工学院的一个分支机构)报告了一项名为CF LINK的新技术,用于蛋白质的位点选择性生物缀合及其结构表征。该技术可以通过其色氨酸残基选择性地制备蛋白质偶联物,并进行芳香族氨基酸的翻译后修饰。此外,它也可用作蛋白质表面图谱和蛋白质-蛋白质相互作用研究的工具。

CF Plus Chemicals公司是于2014年成立的苏黎世联邦理工学院分公司,其基础是捷克科学院有机化学与生物化学研究所的Petr Beier博士团队近10年的合作(布拉格IOCB)博士VáclavMatoušek博士 苏黎世联邦理工学院Antonio Togni教授的校友。

基于环状高价碘-全氟烷基化合物的试剂(也称为Togni试剂)已成为有机合成中的广泛使用和流行工具,尤其是在药物化学中,用于制备新的氟化候选药物,这与药物设计中对氟化支架的需求不断增长相一致。在1990年代初期,氟化分子占批准药物总数的5%;现在,它们占15%,对于新批准的疗法,大约占30%。

此化合物家族随后在2013年与IOCB的苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)和彼得·拜尔(Petr Beier)博士合作,扩展为新一代专利的Togni试剂,该试剂带有更复杂的RCF2CF2基团而不是简单的CF3基团。这些新的化学品家族不仅具有第一代Togni试剂的丰富反应活性,而且还展现出β-取代四氟乙基的几乎无限的结构变异性,它们能够转移到与医学化学有关的多种底物中小分子。

2017年,第二代Togni试剂的应用潜力扩展到了蛋白质。它们对巯基的高亲和力允许通过半胱氨酸的选择性生物缀合形成稳定的缀合物,与马来酰亚胺缀合物不同,该缀合物不会缓慢解离和巯基交换。

本发明建立在对Togni试剂介导的反应的自由基性质的先前知识的基础上。在布尔诺市支持并与IOCB和捷克科学院微生物研究所(IMIC)的PetrNovák博士合作的SME Horizo​​n 2020项目中,展示了将Togni试剂与钠混合使用抗坏血酸酯是一种廉价,无毒且具有生物相容性的还原剂,可立即生成ß取代的四氟乙基,这些自由基在无过渡金属的条件下选择性地附着于蛋白质的空间可接近色氨酸残基。

一旦叠氮氟烷基连接到蛋白质上,随后可以通过点击反应将各种功能基团(例如用于靶向肿瘤疗法的荧光染料,放射性核素或ADC毒素)连接起来,以提供相应的蛋白质偶联物。所公开的色氨酸选择性生物缀合方法不会破坏蛋白质二硫键,并提供了其中常规半胱氨酸不可能缀合的替代解决方案,例如,由于不希望的二硫键加扰。

这种生物缀合方法还可以扩展到其他芳香族氨基酸,从而扩展到缺乏色氨酸的蛋白质。因此,有可能成功修饰人重组胰岛素并将其芳香氨基酸最多修饰七个,证明了蛋白质翻译后修饰的潜力。

该反应以溶剂可及的芳香族氨基酸为目标,反应速度极快,这使其成为绘制蛋白质表面图谱和研究蛋白质-蛋白质相互作用的便捷工具。研究人员以人碳酸酐酶为例,表明表面作图的结果与其公开的天然结构非常吻合。

IOCB Tech首席执行官Martin Fusek教授表示:“基础研究成果取得成功的商业成果的基础是出色的科研工作。这是一个重要的成果,不仅可以作为基础研究的工具,而且可以作为基础研究成果。开发基于蛋白质的新药物的方法,其独特性应该是该规则是由两个学术机构和一家商业公司合作创建的,这应该成为规则,我很高兴我们能够成为其中的一员过程。”

布拉格IOCB研究小组负责人Petr Beier博士说:“我很高兴我们能够成功地开展有机合成和生物化学的跨学科合作。事实证明,氟化物的特定特性可以不仅可以传统地用于小分子的医学化学中,而且还可以像最近展示的那样用于蛋白质的生物缀合及其结构的研究。我相信,将来我们将能够确定Togni试剂在生物化学中的其他有吸引力的用途。”

IMIC研究小组负责人PetrNovák博士说:“由于有了Togni试剂,我们能够在几秒钟内将氟化探针引入水性环境中的蛋白质结构。现在,我们可以使用这项技术可以选择性地标记蛋白质以进行临床诊断或用于鉴定蛋白质与其配体的相互作用界面。”

CF Plus Chemicals首席执行官VáclavMatoušek博士说:“我很高兴看到Togni试剂的反应性通常可以扩展到芳香族氨基酸和芳香剂,从而打开了许多潜在的应用领域,尤其是在蛋白质科学和化学领域。以蛋白质为基础的疗法。我们现在正在积极寻找可以应用我们的技术来解决挑战的成熟工业合作伙伴。”

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