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JACS:化学酶促液相糖肽合成

糖基化是生物体中最普遍的蛋白质翻译后修饰之一,与许多重大疾病的发生和发展密切相关。糖肽是聚糖与多肽结合形成的缀合物,其生物学功能是由聚糖结构和多肽序列的协同效应来实现的。由于糖肽的复杂性和难以获得性,目前对于糖肽相关药物的研究甚少。虽然聚糖合成与多肽合成均已取得了重要进展,但是多样化复杂糖肽的高效合成技术仍严重缺乏,限制了糖肽的生物学功能研究及相关药物的开发。近期,中国科学院上海药物研究所李铁海点击查看介绍)团队开发了液相化学酶法组装糖肽的策略,实现了多样化复杂糖肽的高效合成。


研究团队组合疏水标签协助的液相多肽合成技术和酶催化的聚糖合成方法来制备复杂糖肽(图1)。疏水标签有助于促进液相肽链的延伸和产物的快速分离;去除疏水标签后,在水相中加入一系列糖基转移酶进行高效的酶促糖链延伸,形成的糖肽产物能通过C18固相萃取(SPE)快速纯化,进而实现复杂糖肽的制备。该策略克服了固相合成难以监测每步反应的进程和需要消耗过量难以制备的复杂糖氨基酸模块的问题,实现了21种复杂糖肽(16种SARS-CoV-2糖肽、4种肿瘤相关的20-mer MUC1糖肽及1种糖基化修饰的31-mer胰高血糖素样肽-1)的高效合成。

图1. 化学酶促液相糖肽的组装


首先,作者合成了SARS-CoV-2受体结合域上多样化的O-GalNAc复杂糖肽。通过碳二亚胺介导的偶联反应制备疏水标签修饰的氨基酸24,TLC监测反应完成后,加入极性溶剂乙腈使产物沉淀,进而通过离心实现产物的快速分离。中间体24经过连续的脱保护和偶联反应产生保护的糖肽26,继而脱除疏水标签、氨基酸和N-乙酰氨基半乳糖(GalNAc)上的保护基得到简单的糖肽1(图2A)。然后糖肽1在液相中进行发散性的酶法糖链延伸,由于在水相中进行糖基转移酶催化的反应,反应进程能通过电喷雾电离质谱(ESI-MS)实时监测。反应结束后,因糖基转移酶催化的糖链延伸是以区域选择性和立体专一性的方式进行的高效反应,每步糖肽产物的纯化能通过C18快速固相萃取(SPE)完成,进而实现了多样化的core 1和core 2型O-GalNAc复杂糖肽2-16的制备(图2B和2C)。

图2. 发散性化学酶法合成SARS-CoV-2 O-糖肽1-16(β1,3-半乳糖转移酶1: C1GalT1; α2,6-唾液酸转移酶: ST6GalNAc1, ST6Gal1和Pd2,6ST; α2,3-唾液酸转移酶: ST3Gal1和 ST3Gal4; β1,6-N-乙酰氨基葡糖转移酶1: GCNT1; β1,4-半乳糖转移酶1: B4GalT1)


随后,作者选取了含有更长肽链(20-mer)的肿瘤相关MUC1复杂糖肽作为目标分子进行汇聚式化学酶法合成(图3A)。鉴于长肽链的合成难度和效率,作者对该肽链进行了合理分割,并采用疏水标签协助的液相多肽合成技术完成了相关肽片段的制备,片段偶联后脱除保护基得到了Tn表位修饰的MUC1糖肽17。然后糖肽17经历三步酶催化反应分别得到具有T、α2,3-sialyl T及 disialylated T抗原表位修饰的MUC1糖肽18-20。最后作者也成功运用该方法制备了糖基化修饰的31-mer胰高血糖素样肽-1(21,图3B)。

图3. 汇聚式化学酶法合成复杂的MUC1糖肽和糖基化修饰的胰高血糖素样肽-1


该工作弥补了糖生物学和糖药物研究中糖肽库构建技术的欠缺,为多样化复杂糖肽的高效合成提供了新方法。这一研究成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上,文章第一作者为上海药物所博士研究生马文静,通讯作者为李铁海研究员。该研究工作得到了国家自然科学基金委项目和上海市科委项目的大力资助。


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Integrated Chemoenzymatic Approach to Streamline the Assembly of Complex Glycopeptides in the Liquid Phase

Wenjing Ma, Yaqi Deng, Zhuojia Xu, Xingbang Liu, Digantkumar G. Chapla, Kelley W. Moremen, Liuqing Wen, Tiehai Li

J. Am. Chem. Soc2022144, 9057–9065, DOI: 10.1021/jacs.2c01819


导师介绍

李铁海

https://www.x-mol.com/university/faculty/211705 


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