Konstruktion af cykliske peptider ved hjælp af et on-tether sulfoniumcenter

Protein-protein-interaktioner (PPI’er)¹ spiller en central rolle i forskning og udvikling af lægemidler. Konstruktion af stabiliserede peptider med en fast konformation ved kemiske midler er en af de vigtigste metoder til udvikling af mimetiske motiver af PPI’er². Til dato er der udviklet flere cykliske peptider, der er målrettet mod PPI’er til klinisk brug³. De fleste peptider er begrænset til en α-helix-konformation for at mindske konformationsentropien og forbedre den metaboliske stabilitet, målbindende affinitet og cellepermeabilitet ^4,5. I de sidste 2 årtier er sidekæderne af Cys ^6,7, lysin^8,9, tryptophan 10, arginin 11 og Met^12,13 blevet indsat i unaturlige aminosyrer for at fiksere peptidet i en cyklisk konformation. Sådanne cykliske peptider kan målrette mod et unikt kemisk rum eller specielle steder og derved udløse en kovalent reaktion for at danne protein-peptidkovalent binding^14,15,16,17. I en nylig rapport af Yu et al. blev et chloracetamid forankret på peptidligandernes domæne, hvilket sikrede en kovalent konjugationsreaktion med fremragende proteinspecificitet¹⁸. Desuden blev elektrofile sprænghoveder, såsom acrylamid og arylsulfonylfluorid (_ArSO2F), yderligere inkorporeret i peptider af Walensky et ^al.19 for at danne stabiliserede peptidkovalente hæmmere og forbedre antitumoreffekten af peptidhæmmere. Derfor er det meget vigtigt at introducere en yderligere funktionel gruppe for kovalent at ændre protein-peptidligander²⁰. Disse grupper reagerer ikke kun med proteiner på sidekæden, men stabiliserer også den sekundære struktur af^{peptidet 21}. Anvendelsen af kovalent modificerede proteiner induceret af peptidligander er imidlertid begrænset på grund af den komplicerede syntetiske vej og den ikke-specifikke binding af de kemiske grupper^22,23. Der er derfor et presserende behov for effektive strategier til syntese af cykliske peptider.

Inspireret af de mangfoldige strategier for cykliske peptider 2,24,25,26 forsøger denne protokol at udvikle en enkel og effektiv metode til stabilisering af peptider. Derudover bemærkede vi, at sidekædegruppen af et stabilt peptid kunne reagere kovalent med et målprotein, når det var rumligt tæt på peptidliganderne. Manglen på kemisk modificeret Met blev udfyldt af Deming-gruppen i 2013 ved at udvikle en ny metode til fremstilling af selektivt modificeret peptid methionin²⁷. Baseret på denne baggrund fokuserede Shi et al. på udviklingen af ringlukningen af sidekæder for at danne et sulfoniumsaltcenter. Når peptidliganden kombineres med målproteinet, reagerer sulfoniumsaltgruppen kovalent med det rumligt tætte Cys-protein. I de senere år har Shi et al. designet en ny metode til stabilisering af cyklisk peptid²⁸. Sulfoniumsaltet på det cykliske peptid blev reduceret med et reduktionsmiddel med en sulfhydrylgruppe, der blev reversibelt reduceret til Met. Reaktionen havde imidlertid lav effektivitet, hvilket var skadeligt for efterfølgende biologiske applikationsundersøgelser. I den nuværende undersøgelse blev der designet en Met-Cys og propargylbromid-Cys ringlukningsreaktion, hvor et enkelt sulfoniumsalt forblev på sidekæden af det cykliske peptid. Sulfoniumsaltet fungerede som et nyt sprænghoved, der reagerede kovalent med proteinet Cys under rumlig nærhed. Kort fortalt blev et Cys og Met muteret peptid cycliseret ved intramolekylær alkylering, hvilket resulterede i dannelsen af et on-tether sulfoniumcenter. I denne proces var dannelsen af en sidekædebro kritisk for cykliske peptider. Samlet set beskriver denne protokol en detaljeret sulfoniumbaseret peptidcyklisering, der opnås ved hjælp af enkle reaktionsbetingelser og operationer. Målet er at udvikle en potentiel metode til yderligere brede biologiske anvendelser.