分享一篇近期发表在Org. Lett.上的文章，题目为Polypeptide Preparation by β‑Lactone-Mediated Chemical Ligation。文章的通讯作者是纽约州立大学奥尔巴尼分校的Qiang Zhang。
天然化学连接NCL（Native chemical ligation）是一种在蛋白质和多肽化学合成领域广泛使用的片段连接技术，因其高效的化学选择性连接反应而在多肽和蛋白质的合成中占据重要地位，其核心在于利用多肽C端的硫酯与N端未保护的半胱氨酸（Cys）残基之间的高效化学选择性反应，形成天然的肽键，从而连接多肽片段。然而，当蛋白质或多肽的N端或C端空间位阻较大时，基于硫酯的NCL效率较低，尤其是多肽C端含有β-支链（如Ile, Thr, Val）和Pro衍生的C端硫酯时，反应缓慢且易发生差向异构化和水解。
本文作者发展了一种基于β-内酯的NCL反应，能够无差向异构化地高效连接多肽片段，特别是多肽N端含有空间位阻较大的Thr残基的情况下。该方法显示出广泛的侧链耐受性，并成功应用于环状多肽和多肽硫酯的制备（图1）。
作者展示了多肽N端β-内酯的合成路线（图2），使用Boc化苏氨酸为原料，PyBOP为缩合剂，通过两步反应以67%的产率获得β-内酯，再将该苏氨酸β-内酯用EDC偶联的方式连接到目标多肽上。最终产率为39%。 接下来，作者筛选了β-内酯NCL反应条件。抑制β-内酯的水解是反应成功的关键，例如在pH=7.8的PBS中几乎只能得到水解副产物；而在pH=10的水溶液中，巯基负离子的亲核性显著提高，且三乙胺在该反应中由于没有亲核性，是一种合适的碱（图3）。 作者使用以上反应条件摸索了β-内酯NCL反应的适用范围，该反应也适用于部分N端含有巯基的非天然多肽（图4）。总的来讲，Lys, Asp, Thr, His, Arg, Tyr, Met, Ser均不影响β-内酯NCL反应过程（图5）。此外，在实验中作者证明了苏氨酸β-内酯开环后不存在差向异构化现象，以及反应用于环肽的制备的可能性。 综上所述，本文提出了一种创新的β-内酯介导的NCL方法，克服了传统NCL在连接具有空间位阻残基时的挑战，特别是含有Thr残基的多肽连接。通过优化反应条件，该方法实现了高产率、无差向异构化的多肽连接，并展示了广泛的侧链耐受性和对非天然肽段的适用性。这一进展为多肽和蛋白质的化学合成提供了新的有力工具。DOI: 10.1021/acs.orglett.4c01587Link: https://doi.org/10.1021/acs.orglett.4c01587
