Onderzoekers zijn het meest geïnteresseerd in het toevoegen van functionele moleculen aan de N-terminus, of het uiteinde van een peptide met een vrije aminegroep (NH₂ ), van een aminozuurstreng om de interferentie van functionele moleculen met de structuur en functie van het gebonden peptide te minimaliseren.

Eerdere methoden voor het bevestigen van functionele moleculen aan de N-terminus van peptiden waren om verschillende redenen onvoldoende:(1) de functionele groepen zouden onder menselijke fysiologische omstandigheden uit het peptide vrijkomen, (2) slechts één functionele groep zou op een bepaald moment aan een peptide kunnen worden gehecht. In de loop van de tijd was (3) de hechting van functionele moleculen aan peptiden niet uniform, of (4) waren de reacties eenvoudigweg niet efficiënt.

Om dit probleem aan te pakken, ontwikkelden onderzoekers van Tohoku University en Chuo University een unieke chemische reactie om twee verschillende functionele moleculen aan de N-terminus van een peptide te hechten met een glycine-aminozuur aan de N-terminus. De onderzoekers publiceerden hun onderzoek in het nummer van 28 januari 2024 van het tijdschrift Angewandte Chemie International Edition .

"De uitdaging [bij het modificeren van peptidestructuren] ligt in het bereiken van plaatsselectieve modificatie, vooral in de aanwezigheid van zeer reactieve lysineresiduen. Onze aanpak is opmerkelijk vanwege het vermogen om uitsluitend de N-terminus van peptiden te functionaliteiten, ongeacht lysineresiduen, resulterend in in structureel uniforme conjugaten met hoge opbrengsten.

"Bovendien vergemakkelijkt het driecomponentenprotocol de gelijktijdige installatie van twee functionele moleculen in een peptide", zegt Kazuya Kanemoto, senior auteur van het artikel en assistent-professor aan de Graduate School of Pharmaceutical Sciences aan de Tohoku Universiteit in Japan.

Het team heeft met succes de twee verschillende functionele moleculen aan het aminozuur glycine gehecht door een koperkatalysator te gebruiken in een driecomponentenreactie van peptiden, aldehyden (elke organische verbinding met een koolstofatoom dat een dubbele binding deelt met een zuurstofatoom, een enkele binding). met een waterstofatoom en een enkele binding met een ander atoom) en maleïmiden, moleculen die belangrijke bouwstenen zijn in organische synthesereacties.

Opmerkelijk genoeg wordt de reactie uitgevoerd in één pot onder milde omstandigheden, wat resulteert in een zeer efficiënte reactie met stabiele koolstof-koolstofbindingen tussen de N-terminus van het peptide en de functionele moleculen.

Vooral lysine-aminozuren hebben de toevoeging van functionele moleculen aan de N-terminus van peptiden gecompliceerd. De functionele groep van lysine-aminozuren is een aminegroep die mogelijk zou kunnen concurreren met de aminegroep die aanwezig is aan het N-uiteinde van een peptidestreng. Belangrijk is dat de door het onderzoeksteam ontwikkelde chemische reactie alleen de N-terminus anime-groep van peptiden labelt, zelfs als een lysine-aminozuur, dat een alternatieve aminegroep bevat, in het peptide aanwezig is.

Het onderzoeksteam ontdekte dat de N-terminale hechting van functionele groepen aan peptiden kon worden geoptimaliseerd voor een verscheidenheid aan di-, tri- en oligopeptiden, wat het potentiële nut van de reactie aantoont bij het labelen van diverse peptiden en mogelijk grotere eiwitten voor zuivering, detectie en andere doeleinden. .

De onderzoekers testen al de functie van peptiden die zijn aangepast door hun nieuwe reactie om de geschiktheid van het eindproduct voor verschillende onderzoeks- en therapeutische doeleinden te bepalen.

"Onze volgende stappen omvatten het evalueren van de biologische activiteit van peptiden die door deze reactie zijn bereid. Bovendien streven we ernaar om de toepassing van dit plaatsselectieve dubbele modificatieprotocol uit te breiden naar grotere peptiden zoals eiwitten en antilichamen, wat veelbelovend lijkt voor vooruitgang in de medicijnafgifte." zei Kanemoto.

Meer informatie: Haruka Machida et al, N-Terminal-specifieke dubbele modificatie van peptiden door kopergekatalyseerde [3+2] cycloadditie, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202320012

Aangeboden door Tohoku Universiteit