Biomolekulare Analysen haben jetzt einen erweiterten chemischen Werkzeugkasten

Der Chemie-Nobelpreis 2022 wurde zum Teil für etwas vergeben, das ein ziemlich schwieriges Problem sein kann: die präzise Veränderung eines Aspekts von Biomolekülen, ohne den Rest der Zelle zu beeinträchtigen. Nun, in einer Studie, die kürzlich in veröffentlicht wurde Organische Buchstabenhaben Forscher der Tokyo Medical and Dental University (TMDU) und Mitarbeiter eine Klasse von Molekülen synthetisiert, die solche Arbeiten erheblich erleichtern wird.

Stellen Sie sich vor, Sie experimentieren mit der Zubereitung von Brot, indem Sie die Zugabe von Hefe vernachlässigen. Sie werden viele Effekte bemerken – zusätzlich zu einem fehlenden Aufgehen verändern sich Geschmack und Aroma des Brotes. Mit anderen Worten: Indem Sie einen Aspekt des Rezepts ändern, haben Sie das gesamte Endergebnis grundlegend verändert. Sie können sich lebende Zellen wie ein wesentlich komplexeres Brot vorstellen, mit vielen Zutaten, die zusammenarbeiten. Um einen bestimmten Aspekt der Zellfunktion zu untersuchen, benötigen Sie präzise Werkzeuge, die die andere Chemie, die in der Zelle vor sich geht, nicht beeinflussen.

Durch Dehnung geförderte Azid-Alkin-Cycloadditionen (SPAACs) mit Dibenzoazacyclooctinen (DIBACs) ermöglichen eine präzise biomolekulare Analyse. Eine Erweiterung der chemischen Vielfalt von DIBACs würde daher die Möglichkeiten für SPAAC-Reaktionen entsprechend erweitern und dazu beitragen, das enorme Potenzial dieser chemischen Reaktion zu erschließen. Daher entschieden sich die Forscher, sich auf diesen Bereich zu konzentrieren, um eine neue, effiziente und optimierte Methode zur Herstellung synthetischer DIBACs zu entwickeln, die in SPAAC-Reaktionen verwendet werden könnten.

„Es ist im Allgemeinen schwierig, etwas anderes als einfache DIBAC-Moleküle herzustellen“, erklärt Yuki Sakata, Erstautorin. „Entsprechend haben wir uns darauf konzentriert, diverse DIBACs durch ein vielseitiges Verfahren zu synthetisieren.“

Ein entscheidender Schritt der vorliegenden Arbeit war die präzise Synthese eines Kobaltkomplexes, der eine unkomplizierte Synthese des gewünschten Cycloalkins ermöglichte – der chemischen Einheit, die für die Funktion von DIBAC in der biomolekularen Analyse durch SPAAC wesentlich ist. Beispielsweise wurde ein DIBAC in sechs Schritten mit einer Ausbeute von 72 % erhalten; das vorherige Verfahren erforderte acht Schritte und ergab nur eine Ausbeute von 45 %. Darüber hinaus wurden mit dieser neuen Methode sogar hochkomplexe DIBACs erhalten, die mit früheren Syntheseansätzen inkompatibel waren.

„Wir haben die DIBAC-aktivierte SPAAC-Chemie verwendet, um ein Azido-HaloTag-Protein zu modifizieren, das ein vielseitiges Werkzeug für Proteinfunktions- und -interaktionsstudien ist“, sagt Takamitsu Hosoya, leitender Autor. „Anwendungen in ansonsten komplexen biomolekularen Funktionalisierungen sind in unserem Labor im Gange.“

Diese Arbeit erweiterte erfolgreich das Spektrum der Chemie, das Praktikern der SPAAC-Chemie zur Verfügung steht. Das einfache DIBAC-Syntheseprotokoll der Forscher wird für die laufenden Bemühungen zur Abfrage der Zellfunktion auf eine Weise nützlich sein, die präzise, ​​sanft und ohne Unterbrechung der gesamten Zellphysiologie ist.