【化学生物学】华南理工何春茂团队JACS：蛋白质化学合成新突破—基于酰肼氧化酚解的多肽/蛋白水杨醛酯的制备- 大数跨境

【化学生物学】华南理工何春茂团队JACS：蛋白质化学合成新突破—基于酰肼氧化酚解的多肽/蛋白水杨醛酯的制备

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2023-07-31

导读：华南理工大学化学与化工学院何春茂教授团队利用多肽硫酯制备过程中常见的活化—取代概念，提出了一种基于多肽酰肼的氧化酚解策略，用于高效构建多肽/蛋白C端SAL酯前体。

在过去的几十年里，蛋白质的化学合成已经取得了巨大的进步，逐渐突破蛋白质重组表达系统的限制。其中，丝氨酸/苏氨酸连接法（Ser/Thr ligation，STL）及其衍生的半胱氨酸/青霉胺连接法（Cys/Pen ligation，CPL）将含N端为Ser/Thr/Cys/Pen的多肽片段与C端为水杨醛（SAL）酯的多肽片段进行连接，为蛋白质的化学合成提供了更多的位点选择，有效补充了多肽连接的技术库。实现STL/CPL的一个关键步骤是在多肽C端构建具有反应活性的SAL酯，然而，迄今为止的制备方法均基于多肽固相合成（SPPS），在树脂或侧链保护的多肽上进行操作，步骤稍显繁琐且无法用于制备表达蛋白C端SAL酯。因此，亟需一种更加高效、通用的方法用于构建多肽/蛋白C端SAL酯或其前体，以进一步拓展STL/CPL在蛋白质（半）合成中的应用，提高其合成效率。

近日，华南理工大学化学与化工学院何春茂教授团队利用多肽硫酯制备过程中常见的活化—取代概念，提出了一种基于多肽酰肼的氧化酚解策略，用于高效构建多肽/蛋白C端SAL酯前体。在该策略中，多肽/蛋白C端酰肼首先通过亚硝酸钠氧化形成高活性的酰基叠氮，从而与水杨醛衍生物（SAL(−COOH)^PDT）发生亲核取代反应，获取C端为SAL(−COOH)^PDT酯的多肽/蛋白，其可被激活成SAL(−COOH)酯以进行STL/CPL等多肽连接，制备全长蛋白质。该策略操作简便，不仅适用于合成的酰肼多肽转化，更关键的是首次实现了表达蛋白SAL酯的获取，有效地丰富了蛋白质化学合成及偶联的工具箱（图1）。

图1. 基于酰肼的氧化酚解策略制备多肽/蛋白SAL(−COOH)酯的基本流程及其应用。

作者首先在系列模型肽上验证了该策略的可行性，之后利用其合成了3种蛋白质或其偶联物以展示方法的通用性。在第一个实例中，作者通过生物表达及进一步的肼解反应获得C端为酰肼的泛素蛋白Ub，进而利用氧化酚解策略在Ub的C端引入了可用于STL的反应手柄，最终通过STL将Ub连接到多肽N端，展现了利用该策略对蛋白质进行N端泛素化修饰的潜能（图2）。

图2. 基于酰肼的氧化酚解策略在N端泛素化修饰中的应用。

结合不同的多肽连接技术对提高蛋白质合成效率、促进蛋白质的化学合成具有重要意义，因此作者以泛素样蛋白UBL-5为模型蛋白，验证了该策略对自然化学连接（NCL）与STL联用的高效性与便利性。根据序列特征，作者将UBL-5分为三片段，首先通过NCL将第一片段与第二片段连接，随后利用氧化酚解策略将连接产物C端的酰肼转化为SAL(−COOH)^PDT酯，通过进一步的醛基激活后，与第三片段进行STL，最终成功获取全长蛋白（图3）。