Bioconjugate Chem. |具有可控硫醇裂解性的三官能化半胱氨酸偶联物合成平台
大家好，今天给大家分享一篇近期发表在Bioconjugate Chem.上的文章，题为A Plug-and-Play Platform for the Formation of Trifunctional Cysteine Bioconjugates that also Offers Control over Thiol Cleavability。文章的通讯作者是来自伦敦大学学院的James R. Baker教授及Vijay Chudasama教授。
定点修饰是提高治疗性蛋白质药代动力学的有效方法。近年来，以半胱氨酸残基作为选择性修饰的位点的研究日益增多。然而，许多通过半胱氨酸靶向试剂制备得到的偶联物会被血液中存在的硫醇还原或裂解；同时，仅有少数的半胱氨酸靶向试剂能够实现位点的多官能化。因此，本文中，作者利用二溴代哒嗪二酮（DiBr PD）对半胱氨酸进行修饰，合成三官能化的偶联物，反应过程如图1所示。
作者通过“偶联前官能化”与“偶联后官能化”两种策略分别进行了尝试。同时在每种策略中，作者还比较了C-S与C-N两种官能化方式。实验中，GFP的突变体GFPS147C 1被选作模型蛋白，结构最简单的二乙基-二溴代哒嗪二酮作为偶联试剂，并通过LCMS对蛋白的转化进行监测。
“偶联前官能化”的结果如图2所示，GFPS147C 1直接与官能化的二乙基-二溴代哒嗪二酮进行偶联。C-S官能化获得的结构均与预期相符，没有副产物生成，表明这一位置完全的硫醇选择性；而C-N官能化与蛋白完全没有反应，表明这一位置的胺会淬灭硫醇反应性，这也意味着胺赋予硫醇额外的稳定性。
对于“偶联后官能化”策略，首先GFPS147C 1与二乙基-二溴代哒嗪二酮偶联，得到GFP-PD-Br，随后分别进行 C-S与C-N两种官能化。这一策略能够成功获得两种官能化的偶联物。
随后，作者对两种官能化的偶联物进行硫醇裂解性的评估。作者用5 μM与5 mM的GSH分别模拟血液与早期胞内体的硫醇浓度，并与两种官能化的蛋白进行孵育，结果如图3所示。首先，C-S官能化在5 μM下24h内保持稳定，而在高浓度5 mM下，仅2 h即可观察到完全裂解，这反映出可控的硫醇裂解性；而C-N官能化在两种浓度下均保持稳定。这再次反映了胺官能化可增强硫醇稳定性。
进一步地，作者以临床相关的组分对蛋白进行官能化，探究其应用上的可行性，实验流程如图4所示。首先，通过生物正交反应，可以用一锅法实现双官能化修饰。随后，可以通过C-S或C-N实现三官能化。三官能化流程具有超过90%的转化率，突出了方法的可靠性。
综上所述，本文中作者通过半胱氨酸与二溴代哒嗪二酮的偶联以及偶联后的官能化，实现了三官能偶联物的合成。并且，C-S与C-N官能化能够产生不同的硫醇裂解性，这一独特的控制可以扩展其在不同生理环境中的应用。
作者：ZRC审校：SJL
DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.1c00057
Link: https://doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.1c00057