Angew. Chem. :N,O-亚苄基缩醛二肽 (NBD) 通过主链扭结策略实现“困难多肽”高效合成

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在过去的几十年里,固相多肽合成(SPPS)在多肽药物的筛选、改造以及化学合成中,扮演了无可替代的角色,其进一步推动了蛋白质化学合成的发展,使得具有均一翻译后修饰的蛋白质化学构建成为可能。然而,在SPPS 中,“困难多肽”的合成长期以来是一个亟待解决的问题,这一类多肽在固相上具有强烈的自聚倾向,使得其合成非常困难,存在严重的氨基酸缺失或截断,导致最终产物多肽的质量和产率极差。


近日,来自香港大学的李学臣教授团队,通过多肽主链骨架扭结策略,开发了一种全新的二肽试剂NBDs (N,O-Benzylidene Acetal Dipeptides), 可以作为“困难多肽”的通用解决方案,实现“困难多肽”的高效高品质化学合成。



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在之前的研究中,作者发现丝氨酸/苏氨酸多肽连接术(Ser/Thr Chemical Ligation)的关键中间体(N,O-Benzylidene Acetal)可以改变多肽的构象行为,基于此,他们预想这一结构可以被应用在“困难多肽”的固相合成中,从而改变多肽在固相上的自聚倾向。


在本文中,作者首先对二肽试剂NBDs进行了NMR研究,证实了这一试剂的立体结构高度扭曲,符合猜测。进一步,测试了NBDs 的底物范围,发现其适应除脯氨酸外的其余所有19种天然氨基酸,并且,该试剂合成简单,可以轻易实现一锅法,亚公斤级(100 g)合成。


在此基础上,作者将NBDs应用在极具挑战的困难短肽的合成上。与常规的SPPS相比,NBD-SPPS显示出非常优越的效果。在具有β折叠的免疫检查点蛋白序列的合成中,例如PD-1和PD-L1,NBD-SPPS 可以高质量高产率的合成相应的“困难多肽”,而常规SPPS则面临严重的氨基酸缺失,产物和杂质无法分离等难题。


在中等长度的“困难多肽”中,NBD-SPPS 同样展示出了强大的防止多肽聚集截断的能力,比如,在多肽荷尔蒙Amylin胰淀素的合成中,NBD-SPPS能够提供高纯度的产物,而常规SPPS由于严重的氨基酸丢失问题,甚至无法找到相应产物。进一步,作者使用NBD-SPPS实现了用于治疗新冠肺炎引起的急性呼吸窘迫综合征的多肽药物Aviptadil的克级规模生产,提示NBDs在多肽药物的工业生产中具有强大的潜力。

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进一步,在小蛋白Crambin, Rantes和Ubiquitin的合成中,NBD-SPPS 同样发挥了强大的功效。在组蛋白H2B 的合成中,NBDs有效防止了各个多肽片段的截断问题,实现了H2B的百毫克级别的合成。另外,在治疗肾性贫血的促红细胞生成素糖蛋白EPO的合成中,NBDs能高效的阻止Aspartimide的形成,提高糖蛋白合成纯度以及产率。

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总之,NBDs试剂的开发及应用,解决了困难多肽的合成问题,促进了多肽药物的高效合成以及蛋白质化学构建。

文信息

N,O-Benzylidene Acetal Dipeptides (NBDs) Enable the Synthesis of Difficult Peptides via a Kinked Backbone Strategy

Dr. Hongxiang Wu, Dr. Zhenquan Sun, Prof. Dr. Xuechen Li

文章的第一作者是香港大学的博士后吴鸿翔,第二作者是香港大学的博士后孙振铨,通讯作者是香港大学李学臣教授。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202310624




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