辅基介导的基于天冬氨酸的自然化学连接法及在N-糖蛋白合成中的应用

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辅基介导的基于天冬氨酸的自然化学连接法及在N-糖蛋白合成中的应用
% H6 W2 l5 T; ?3 Y% b( p来源： X-MOL / 作者： / 2016-12-12- T& {: {# N" r# m
糖蛋白在一系列生物学行为如细胞间的粘连和识别、细胞生长、肿瘤转移等过程中都起着关键的作用。错误的蛋白糖基化往往导致免疫、感染重大疾病以及癌症的发生。此外，对糖蛋白生物学功能的研究和理解也促进了基于糖蛋白的疫苗、诊断和治疗试剂的开发。这些研究都需要获取足够纯度的均一糖蛋白。然而，从自然界直接获取一定纯度的均一糖蛋白极为困难，化学合成法仍然是目前最为有效的手段。尽管对均一糖蛋白的大量需求促使化学家不断探索糖蛋白的化学合成方法，但糖蛋白合成仍然是一个巨大的挑战。
) z" @4 e5 {- c; h. D新加坡南洋理工大学化学与生物化学系的刘学伟教授一直致力于糖化学和糖生物学的研究。最近该课题组在自然化学连接法（Native Chemical Ligation, NCL）合成糖蛋白领域取得了新的突破。NCL是目前合成蛋白和多肽的最有效的方法之一，经过化学家的不断探索和努力，各种复杂结构的蛋白几乎都可以依靠NCL实现化学合成。然而NCL在糖蛋白合成中的应用进展仍然很缓慢，已报道的的策略主要通过将预先连有糖链的短肽和其它肽链进行NCL连接。尽管该方法已成功应用于各种复杂的天然糖蛋白如Erythropoietin的合成，但该策略并没有解决糖链和肽链直接连接的有效性问题。这一领域最近取得的具有影响力的工作是台湾中研院翁启惠院士报道的糖辅助的糖蛋白连接法（J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 5626），最近日本德岛大学的Akira Otaka也报道了基于N-糖基天冬酰胺的自然化学连接法（Chem. Commun., 2015, 51, 9946）。这两种方法都可以直接在临近糖基的氨基酸上进行肽链延长，但都只能进行单肽链连接且需要额外的脱硫步骤。
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Scheme 1. 辅基介导的自然化学连接法合成糖蛋白策略。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.9 W) d/ o+ A: n5 ]/ r' H
考虑到传统糖蛋白合成的局限性，刘学伟教授课题组计划利用N-连接的糖基辅基进行肽链的自然化学连接，同时由于天然N-糖蛋白中糖链和肽链大多通过天冬氨酸连接，因而也希望利用天冬氨酸为NCL的连接位点。为了实现这一目标，刘学伟教授课题组巧妙的通过简单的化学方法在氨基糖苷上引入含巯基的三甲氧基苄基辅基得到 1a，该辅基可以有效的促进N-端末端为天冬氨酸的肽链与氨基糖苷的连接，从而实现第一次NCL。在此基础上，辅基可以继续参与第二次NCL，从而在天冬氨酸的氨基上引入第二条肽链。与传统的糖蛋白合成方法相比，该策略首次实现了氨基糖苷与肽链的直接NCL连接，避免了使用缩合剂的化学偶联方法；同时同一辅基促进的两次连续NCL可以从C-端和N-端并行引入肽链，相对于传统的单边NCL方法极大的提高了糖蛋白和糖肽合成的效率。此外，该方法反应条件温和，可以避免氨基酸的差向异构化，而且辅基也能很容易的在酸性条件脱除。) G8 ~( Z; b- ^* `" x
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Scheme 2. CTLA-4 (135-150)片段合成。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
  E: J* E( H$ v, N0 y' G该策略的高效性也进一步在cytotoxic T-lymphocyte-associated antigen-4 (CTLA-4)片段CTLA-4 (135-150)的合成中得到了验证。在合成中，N-糖基辅基介导的两次连续NCL及随后的辅基脱除高转化率的构建了含单糖的糖肽片段20，而复杂的糖链片段通过酶化学方法和20的有效连接成功实现了CTLA-4 (135-150)高效合成。( p, R1 ^+ [! z
总结：通过引入辅基来实现氨基糖与肽的直接连接，以及利用同一辅基实现肽链的双向延长这一简洁而又巧妙的策略为糖蛋白的合成开辟了一条新的路径。该策略在糖蛋白合成领域有着巨大潜力和广阔前景。7 k; l: Y- q, l1 v! C3 c- S" w
这项工作发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 10363-10367）上。文章的共同第一作者是南洋理工大学博士研究生柴华和博士后研究员 Kim Le Mai Hoang。+ F8 R) i/ v! v4 O2 L2 O6 @/ P
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201605597/abstract
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