订书肽能够让多肽形成高水平的α-螺旋,在药物设计中有以下优点:
首先在多肽链中需要形成订书肽的位点引入两个α-甲基,α-烯基非天然氨基酸,然后通过烯烃复分解反应(RCM)环化,得到订书肽。通常,i 和 i+4会形成一个α-螺旋,i 和 i+7会形成两个α-螺旋。
1) i 和 i+4 之间会形成 1 个α-螺旋,通常i 和 i+4 之间间隔 3 个氨基酸,i 和 i+4 两个位点分别使用 S3,R3:
2) i 和 i+7 之间会形成 2 个α-螺旋,通常i 和 i+7 之间间隔 6 个氨基酸,i 和 i+7 两个位点分别使用 R5,S8 或者 S5, S8:
3) 在设计多肽过程中,电荷也是影响订书肽功能的重要因素,正电荷有利于多肽跨膜,而负电荷不利于跨膜。 研究发现,将正负电荷分别放在肽链的 C-端和 N-端可以产生额外的氢键结合,该结构能中和订书肽产生的大的偶极作用。
订书肽合成策略为在固相合成肽链过程中引入两个含有α-甲基,α-烯基的非天然氨基酸,然后两个非天然氨基酸之间通过使用钌催化剂(Grubbs催化剂)使其发生烯烃复分解反应(RCM)环化构成稳定α-螺旋结构构象的全碳支架,从而合成订书肽。
订书肽的一般合成路线为:
烯烃复分解反应(RCM)催化剂:第一代 Grubbs 催化剂(左)上有环己基膦(PCy3)配体和顶端定位的卡宾碳(carbene carbon),是一种相对稳定的钌配合物,用于多肽形成订书肽时的烯烃复分解反应(Olefin metathesis)。后来开法了具有更好热稳定性的第二代Grubbs 催化剂(中)。第三代催化剂,也称为Hoveyda-Grubbs催化剂(右),将N-杂环卡宾配体替换为亚苄基配体,亚苄基配体具有连接到苯环上的螯合邻异丙氧基。
点击化学反应(Copper-catalyzed Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition reaction)高效且反应条件温和,在多肽合成过程中引入合适的非天然氨基酸(叠氮基氨基酸和炔基氨基酸),通过点击化学反应可以轻易得到三唑类订书肽。例如,在i 和 i+4位置分别使用L- Nle (εN3)和D-Pra (D-propargylalanine),通过点击化学反应可以得到单环化的三唑类订书肽。
肽研生物可以通过点击化学反应合成各种订书肽。