生体直交性低分子選択的高分子「クリカーゼ」の開発

A Bioorthogonal Small Molecule Selective Polymeric "Clickase".

• Junfeng Chen
• Ke Li
• Sarah Bonson
• Steven C Zimmerman

抄録

合成ポリマーの足場は、生体高分子の付着を防ぐゲートキーパーとして機能する可能性があります。ここでは、我々はゲーティングを使用して、高分子シェルを貫通することができる小さな分子に選択的に動作する人工的な"クリカーゼ"としての銅含有一本鎖ナノ粒子（SCNP）触媒を開発するために使用しています。表面にアンモニウム基を持つ類似のクリカーゼが、アルキニル化タンパク質と低分子基質の両方で銅(I)触媒によるアルキンアジドシクロ付加(CuAAC)反応を高効率で行うのに対し、ポリエチレングリコール(PEG)基を持つ新しいSCNPクリカーゼは低分子に対してのみ活性を発揮する。さらに、この新しいSCNPは細胞への取り込みに抵抗性があり、細胞外でのクリック化学反応を可能にしています。我々は、この生物学的直交活性の有用性を示す2つの原理実証アプリケーションについて説明する。第一に、SCNP触媒は、PROTAC様分子を含むタンパク質を結合するリガンドをスクリーニングすることができます。第二に、非膜透過性のSCNPは、細胞外でのクリック反応を効率的に触媒することができ、それにより、触媒が細胞内機能に影響を与えることなく、in situ抗がん剤の合成とスクリーニングを可能にします。

Synthetic polymer scaffolds may serve as gatekeepers preventing the adhesion of biomacromolecules. Herein, we use gating to develop a copper-containing single-chain nanoparticle (SCNP) catalyst as an artificial "clickase" that operates selectively on small molecules that are able to penetrate the polymeric shell. Whereas the analogous clickase with surface ammonium groups performs highly efficient copper(I)-catalyzed alkyne-azide cyclo-addition (CuAAC) reactions on both alkynylated proteins and small molecule substrates, the new SCNP clickase with polyethylene glycol (PEG) groups is only active on small molecules. Further, the new SCNP resists uptake by cells allowing extracellular click chemistry to be performed. We describe two proof of principle applications that illustrate the utility of the bioorthogonal activity. First, the SCNP catalyst is able to screen for ligands that bind proteins, including PROTAC-like molecules. Second, the non-membrane permeable SCNP can efficiently catalyze the click reaction extracellularly, thereby enabling in situ anticancer drug synthesis and screening without the catalyst perturbing intracellular functions.