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文献翻译Chem:多肽片段连接方法以及肽硫脂和肽醛的合成

“Peptide Thioester Formation via an Intramolecular N to S Acyl Shift for Peptide Ligation”这篇文献是2014年发表在Chem的文章,通讯作者是清华大学的麻远教授,他们团队的研究方向是生物有机化学和有机质谱。

摘要:在化学蛋白质合成中,通过固相肽合成(SPPS)制备肽结构单元,然后通过化学连接方法进行连接。肽硫酯是化学蛋白质合成中使用的关键组成部分之一,非常需要改进Fmoc SPPS程序以制备此类硫酯。在这篇文章中,我们集中在基于分子内NS酰基转移反应作为关键反应的肽硫酯合成方法。由于可逆的分子内酰基转移,可通过13 C NMR检测到,在含硫醇残基处的酰胺和硫酯形式处于平衡状态。酰胺形式在中性条件下是有利的,而硫酯在酸性条件下占优势。硫醇助剂可用于通过分子内的N-S酰基转移而从酰胺中促进硫酯的形成,并且在硫醇的存在下,分子间的硫代酯化反应之后,形成了肽硫酯。即使在中性条件下,也可以通过分子内的N-S酰基转移,将含硫醇助剂的肽与半胱氨酰肽连接,然后在反应中进行天然化学连接(NCL)。这些可以用于翻译后修饰的蛋白质的化学合成。

 

引言:现在可以通过固相肽合成(SPPS)快捷地合成肽。SPPS是一种合成肽的有效方法,该肽包含少于50个氨基酸残基,但通常难以应用于蛋白质合成。为了合成更长的肽,可以使用连接方法缩合可以通过SPPS合成的肽段。通过化学连接产生天然的肽键已通过引入肽硫酯作为结构单元而得到了极大的发展。方案123显示了使用硫酯的典型连接方法。在硫酯方法中,部分保护的肽硫酯1被用作结构单元,并通过活性酯2与部分保护的肽3缩合。在有机溶剂(例如DMSO)中存在银离子作为活化剂(方案1)。该方法可用于任何给定氨基酸残基的连接。天然化学连接(NCL)是一种化学选择性反应,其中未保护的肽硫酯6与半胱氨酰肽7在中性缓冲水溶液中连接(方案2)。尽管该方法在连接位点需要一个半胱氨酸残基,但反应完成后,半胱氨酸残基可以转化为丙氨酸残基。当在侧链上引入了巯基的氨基酸残基位于N端时,可以实现相应氨基酸残基的连接。几种类型的硫醇助剂已被用作半胱氨酸残基的替代物。在这些情况下,硫醇助剂附着在N末端氨基上以进行扩展的化学连接,从而保留了NCL的有利特征。在方案3中,以辅助基团4,5-二甲氧基-2-巯基苄基(Dmmb)为例。

肽硫酯是连接方法中常用的结构单元,并且非常需要用于制备此类硫酯的改进方法。可以通过使用叔丁氧羰基(BocSPPS以直接的方式制备肽硫酯。例如,从硫酯树脂开始,Boc-Gly-SCH2CH2CO-β-Ala-MBHA树脂可以通过标准Boc SPPS延长肽链,然后通过无水氟化氢处理除去肽硫酯。然而,通过Boc SPPS制备具有翻译后修饰(例如糖基化和磷酸化)的肽仍然是一项艰巨的任务。另一方面,尽管使用Fmoc SPPS程序制备肽硫酯仍是一项挑战,因为硫代酯会分解,因此9-芴基甲氧基羰基(FmocSPPS方法适用于翻译后修饰的肽的制备。在哌啶存在下,通常用于除去Fmoc基团。在由硫酯树脂直接合成中,可以使用弱亲核碱。在这种情况下,通过用1-甲基吡咯烷,六甲基亚胺和1-羟基苯并三唑(HOBt)的混合物处理除去Fmoc基团,使硫酯键保持完整。使用这种方法,尽管在链延长周期中去除Fmoc基团期间,硫酯位置的手性氨基酸残基被部分消旋,但仍可以制备肽硫酯。还研究了间接方法。例如,可以在磺酰胺连接基上延长一条肽链,然后通过磺酰胺的烷基化激活该连接基,然后可以通过与外部硫醇的分子间反应取代该连接基,从而生成肽硫酯。此过程易于使用,但有一些缺点。例如,磺酰胺部分可以在加帽循环中经历乙酰化,蛋氨酸残基在活化步骤中经常被烷基化。迄今为止,已经研究了许多基于Fmoc SPPS方法制备肽硫酯的合成方法。这些方法包括使用Wang连接基,芳基肼连接基,三硫原酸酯,原位OS酰基转移反应N-酰基脲的形成或焦谷氨酸进行活化,并使用酰肼或肽基N-乙酰胍中间体。每种方法都可以克服通过Fmoc SPPS程序合成肽硫酯的一些困难。作为一种替代方法,分子内的NS酰基转移反应已成为制备肽硫酯的关键反应之一。在这篇综述中,我们集中于通过化学程序中的分子内NS酰基转移反应生产肽硫酯的方法。

 

结论:在引入肽硫酯之后的一段时间里,化学蛋白质的合成发展迅速。硫酯方法和NCL是使用肽硫酯作为结构单元进行连接的主要方法。对制备经翻译后修饰的肽和蛋白质的最新需求促使使用Fmoc-SPPS的肽硫酯合成方法的发展。一种解决方案是利用分子内的NS酰基转移反应形成硫酯,其中通过Fmoc-SPPS在固体支持物上延长肽链,然后通过分子内的NS酰基转移形成肽硫酯。 再然后进行分子间的硫代酯交换。此过程对应于巯基介导的肽(例如NCL)的反向连接。在自然界中,生物学的NS酰基转移是蛋白质剪接的第一步。在这种情况下,内含肽域的酶促作用促进了NS酰基转移和硫代酯基转移。内在蛋白介导的硫酯的形成也用于表达蛋白连接的重组肽硫酯的生产。在化学条件下,酰胺和硫代酯形式处于平衡状态,可以通过13C NMRRP-HPLC检测这些物质。已开发出各种类型的含有巯基的骨架用于分子内NS酰基转移,包括在肽硫酯的合成中使用半胱氨酸残基。使用这些方法,可以合成各种类型的肽硫酯,并将其作为构建基块应用于蛋白质合成。化学合成使得可以在使用该方法合成的蛋白质中引入多种修饰。


引用:Kawakami T. Peptide Thioester Formation via an Intramolecular N to S Acyl Shift for Peptide Ligation. Top Curr Chem. 2015;362:107-135. doi:10.1007/128_2014_575


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