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

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（点击查看介绍）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）。

图3. 基于NCL与STL联用合成UBL-5。

最后，作者以肌红蛋白Mb为合成目标，通过从C端到N端的两次STL对其进行半合成，并验证了其生物活性（图4），进一步展现了基于多肽酰肼的氧化酚解策略用于蛋白质收敛式合成、蛋白质半合成的高效性。

图4. 通过STL策略半合成Mb。

总之，基于酰肼的氧化酚解策略为多肽SAL酯的制备提供了一种通用的方法，突破了传统方法的局限，为蛋白质的化学（半）合成提供了新的技术手段。

相关结果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是华南理工大学博士生研究生林少敏，通讯作者为何春茂教授。该项研究工作受到了国家自然科学基金项目(22277029 & 22077036)的资助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Oxidation and Phenolysis of Peptide/Protein C-Terminal Hydrazides Afford Salicylaldehyde Ester Surrogates for Chemical Protein Synthesis

Shaomin Lin, Zeyuan Mo, Peng Wang, and Chunmao He*

J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.3c05190

导师介绍

何春茂

https://www.x-mol.com/university/faculty/332873 

课题组网站

http://www2.scut.edu.cn/he/main.htm 

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