Bifunctional reagents for selective bioconjugation

Abstract

Bioconjugation technologies have rapidly emerged as an important chemical biology tool with numerous attractive applications, such as protein labeling, studies on protein functions, and development of novel therapeutics. Despite the recent development, most of the currently available bioconjugation methods suffer from low selectivity and poor yields, require protein prefunctionalization, and proceed under non-biocompatible reaction conditions. Therefore, superior technologies are required to overcome these drawbacks and enable selective and high-yielding modifications of native proteins under biocompatible conditions. In the first part of this work, we designed and prepared a series of novel reagents for mild bioconjugation of two different natural amino acid residues, namely serine with cysteine, tyrosine and lysine, respectively. Then, we subjected them to model bioconjugation experiments with protected amino acid derivatives, aiming to develop optimal reaction conditions. In the future, we aim to apply our bioconjugation reagents to modification of structurally complex biomolecules (e.g., peptides, proteins, antibodies), thereby expanding the toolbox of current bioconjugation chemistry. Keywords: bioconjugation, protein modification, PSI-reagent, serine-selective

Biokonjugační metody se v posledních letech staly důležitou součástí chemické biologie s velkým aplikačním potenciálem, například pro značení a studium funkcí proteinů nebo pro přípravu léčiv. I přes nedávný rychlý vývoj v této oblasti, jsou v současnosti dostupné biokonjugační techniky poměrně málo selektivní, poskytují produkty v nízkých výtěžcích a vyžadují prefunkcionalizaci cílových proteinů a poměrně drsné reakční podmínky. Proto je nutné investovat do vývoje nových metodologií, které by umožnily selektivní modifikace nativních proteinů ve vysokých výtěžcích za mírných a biokompatibilních podmínek. V první části této práce jsme se soustředili na návrh a přípravu nových biokonjugačních činidel pro selektivní biokonjugace dvou různých nativních aminokyselin, konkrétně serinu s cysteinem, tyrosinem nebo lysinem, za mírných a biokompatibilních reakčních podmínek. Následně jsme naše činidla použili pro modelové biokonjugace s chráněnými deriváty aminokyselin s cílem vyvinout optimální reakční podmínky. V budoucnu je naším cílem využít tato biokonjugační činidla pro modifikace strukturně složitějších biomolekul, jako například peptidů, proteinů a protilátek. Klíčová slova: biokonjugace, modifikace proteinů, PSI-reagent, serin-selektivní