Биохимия

Палладий-запускаемый биоортогональный декейджинг фенилаланина

Фенилаланин (Phe) управляет гидрофобностью белковых интерфейсов и π-взаимодействиями, критичными для множества биологических процессов, однако его неполярное строение исключает традиционные гетероатом-зависимые реакции, оставляя нерешённой задачу его функциональной модификации в живых системах. Авторы систематически оценили экзогенные гетероатомные кейдж-группы (X = O, N, B или I) в физиологических условиях и представили стратегию галоген-ассистированного декейджинга, в которой боковую цепь Phe блокирует йод, а палладий-запускаемая биоортогональная реакция бесследно восстанавливает исходный остаток.

molynx 2 мин чтения
Палладий-запускаемый биоортогональный декейджинг фенилаланина
Рис. 1. Дизайн Halo-Decaging

Фенилаланин участвует в белок-белковом распознавании, амилоидообразовании, антигенной презентации молекулами MHC класса I и других процессах за счёт гидрофобности и π-управляемых взаимодействий. Однако из-за отсутствия в его боковой цепи удобных гетероатомов существующие биоортогональные методы декейджинга — разработанные для тирозина, цистеина, лизина, глутамата, аспартата, гистидина и триптофана с использованием рутения, золота, платины, меди, палладия, света или тетразинов — на Phe не распространялись.

Чтобы найти подходящую защитную группу для неполярной боковой цепи Phe, авторы систематически сравнили экзогенные кейдж-группы на основе гетероатомов (X = O, N, B или I) в физиологических условиях. Рабочим вариантом оказался йод — самый тяжёлый из протестированных атомов. На этой основе построена стратегия галоген-ассистированного декейджинга (Halo-Decaging): йодирование блокирует функцию остатка Phe, а палладий-запускаемая биоортогональная реакция бесследно снимает блокировку, восстанавливая нативный фенилаланин.

Рис. 2. Разработка биосовместимой химии декейджинга Phe
Рис. 2. Разработка биосовместимой химии декейджинга Phe

За счёт точной настройки этой химии авторы продемонстрировали четыре типа приложений: раскрытие активности флуорофоров, направленное дизассемблирование пептидов, реактивацию белок-белковых взаимодействий и перенастройку межклеточного распознавания.

Рис. 3. Химия декейджинга Phe модулирует флуоресценцию малых молекул и диссоциацию пептидов
Рис. 3. Химия декейджинга Phe модулирует флуоресценцию малых молекул и диссоциацию пептидов

Для работы с белками авторы использовали расширение генетического кода: йодированный Phe сайт-специфично встроили в HER2-таргетирующие аффибоди. Это позволило динамически управлять лиганд-рецепторным взаимодействием на поверхности клетки: связывание с рецептором HER2 блокировалось кейджированным остатком и восстанавливалось после палладий-запускаемого декейджинга.

Рис. 4. Декейджинг Phe управляет белковыми взаимодействиями на живых клетках
Рис. 4. Декейджинг Phe управляет белковыми взаимодействиями на живых клетках

Далее группа показала, что декейджинг Phe допускает временно́й контроль иммуногенности антигенных пептидов на поверхности опухолевых клеток. Изменяя презентацию антигена во времени, авторы перенастраивали взаимодействие опухолевых клеток с T-клетками.

Рис. 5. Декейджинг Phe модулирует взаимодействие опухолевых и иммунных клеток
Рис. 5. Декейджинг Phe модулирует взаимодействие опухолевых и иммунных клеток

Наконец, химию декейджинга оптимизировали в клеточных лизатах и внутри живых клеток. По словам авторов, это открывает возможность химически манипулировать повсеместными и функционально критичными неполярными группами в живых системах — задачу, которая до сих пор оставалась нерешённой из-за недоступности неполярных остатков для традиционных гетероатом-зависимых реакций.

Рис. 6. Расширение химии декейджинга Phe внутри живых клеток
Рис. 6. Расширение химии декейджинга Phe внутри живых клеток

Все данные, подтверждающие выводы исследования, доступны в тексте статьи и её дополнительных материалах; исходные данные прилагаются к публикации.

Комментарий редакции и разбор — в Telegram @molynx_ru