[发明专利]采用狄尔斯-阿尔德环加成反应的通用型肽和蛋白质的大环化和多聚化

说明书

本公开提供了具有比相应的非环肽稳定的二级结构的大环和大双环肽。所述大环和大双环肽由具有形成加合物的互补反应性侧链部分的肽形成。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2019年4月9日递交的美国临时专利申请第62/831,484号和2019年8月30日递交的美国临时专利申请第62/894,478号的权益，其各自通过引用整体并入本文中。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

本发明是在美国国立卫生研究院(the National Institutes of Health)授予的第GM008720号和第GM128199号基金的政府支持下完成的。政府对本发明享有一定的权利。

电子递交材料通过引用并入

通过引用整体并入本文的是与本文一起递交的计算机可读核苷酸/氨基酸序列表，并将其标识如下：创建于2020年4月9日的一个名为“749097SequenceListing.TXT”的5112字节ASCII(文本)文件。

发明背景

肽代表了开发生物活性配体的有力起始点。短线性肽序列通过采用多种二级结构(包括螺旋、折叠、环状和转角基序)介导蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)。从它们的天然蛋白质环境中移除通常会消除结构刚性，导致结合亲和力和药理学性质降低。

已经开发了许多化学策略来合成性地稳定肽二级结构并保留或增强药理学效用。这些化学反应中的大多数利用了天然存在的亲核残基(如半胱氨酸和赖氨酸)的烷基化或酰化反应；这些方法已被用于稳定螺旋、环和折叠基序。许多这些化学反应的关键限制是它们与分层的多种稳定化学反应不兼容。

合成具有稳定二级结构的肽的一种策略涉及使用使得能够形成金属催化键的非天然氨基酸。这些策略中研究最充分的包括含有末端烯烃的基团的烯烃复分解以及炔烃/叠氮化物对的[3+2]Huisgen连接。这些‘装订(stapled)’的肽显示出增加的有利性质，其包括结构稳定性、结合亲和力、细胞摄取以及用于直接或变构靶向PPI的体内药代动力学。虽然这些化学物质可以成功地稳定肽二级结构，但它们通常与不同的结构不相容，并且其他天然和非天然的功能和水性条件对于特定的肽和蛋白质支架的正确折叠是必要的。

已得到广泛合成应用的著名的碳-碳键形成反应是狄尔斯-阿尔德(Diels-Alder)[4+2]环加成反应。1928年被首次报道，自然界和化学家都利用这个反应来构建复杂的分子。这种转变的几个方面使其对合成具有吸引力，包括范围广泛的二烯-亲二烯体对、在许多应用中的高区域选择性和化学选择性、同时引入多个立体中心以及与一系列反应条件的兼容性。开创性研究表明，水性条件不仅可被耐受，而且还可以提高反应速率。虽然这些特性与生物分子选择性修饰所期望的那些特性重叠，但该化学反应尚未被应用于肽或蛋白质的位点特异性稳定。

控制二级和三级结构的新策略，理想情况下具有广泛的官能团和反应条件耐受性，将大大扩展用于开发基于肽的化学探针的合成库。

发明概述

本发明的发明人发现了针对互补的反应性官能团的肽环化策略，其可有效改善化学探针或治疗剂所期望的性质。本文所公开的结果建立了通过将氨基酸与包括互补的加合物形成部分的反应性官能团掺入提供的几种新的和改善的能力。可以使反应性官能团与氨基酸侧链共轭，或与氨基酸的任何其他部分(包括氨基、羧基或α碳)共轭。在一些实施方案中，本文所公开的大环肽通过互补的反应性官能团的分子内反应形成，所述反应产生稳定的环、螺旋和其他期望的肽折叠。在一些方面，肽包括两组或更多组正交的互补反应性官能团，其能够形成双环或更高阶的环化肽。在一些实施方案中，反应性官能团被引入到较大的肽和蛋白质中，以在二级结构和三级结构元件之间形成分子内交联。