シュタイニルプロリルイミド（CPI）ペプチド：化学タンパク質合成のための非常に反応性が高く簡単にアクセスできる暗号化エステル

C末端ペプチドチオエステルとN末端システイニルペプチドの間の天然化学ライゲーション（NCL）は、化学タンパク質合成の分野に革新されました。FMOCメソッドにおけるペプチドチオエステルの直接合成の難しさは、効率的にチオエステルに変換できる暗号化型の開発を促しました。シュタイニルプロリルエステル（CPE）。これは、分子内O-Nアシルシフトに依存してアミドチオエステルの平衡を置き換え、1つのポットでその後のNCLを変位させるために分子内O-Nアシルシフトに依存するN-Sアシルシフト駆動型のクリプトティオエステルです。ただし、CPEの有用性は、中程度のチオエステル化率とエステルグループによって導入された合成複雑さのために制限されています。ここでは、新しいクリプトティオエステルであるシステイニルプロリルイミド（CPI）を開発し、CPEのアルコールを残すグループをベンジミダゾリジノン、オキサゾリジノン、ピロリジノンなどの他の去るグループに置き換えます。CPIペプチドは、標準のFMOC固相ペプチド合成（SPP）とその後のライセンイミド形成を使用して効率的に合成されました。いくつかのイミード構造のスクリーニングは、メチルキサゾリジノン-T-ロイシン（MEOXD-TLE）がチオエステルへのより速い変換とNCL条件下での加水分解に対するより高い安定性を示したことを示しました。最後に、CPMEOXD-TLEペプチドを使用することにより、収束4セグメントライゲーションを介して、N-T-C Sequential、3セグメントライゲーション、ヒストンH2A.Zを介した添加剤の化学合成を実証しました。この容易で簡単な方法は、化学タンパク質合成に広く適用できると予想されます。

Native chemical ligation (NCL) between the C-terminal peptide thioester and the N-terminal cysteinyl-peptide revolutionized the field of chemical protein synthesis. The difficulty of direct synthesis of the peptide thioester in the Fmoc method has prompted the development of crypto-thioesters that can be efficiently converted into thioesters. Cysteinylprolyl ester (CPE), which is an N-S acyl shift-driven crypto-thioester that relies on an intramolecular O-N acyl shift to displace the amide-thioester equilibrium, enabled trans-thioesterification and subsequent NCL in one pot. However, the utility of CPE is limited because of the moderate thioesterification rates and the synthetic complexity introduced by the ester group. Herein, we develop a new crypto-thioester, cysteinylprolyl imide (CPI), which replaces the alcohol leaving group of CPE with other leaving groups such as benzimidazolidinone, oxazolidinone, and pyrrolidinone. CPI peptides were efficiently synthesized by using standard Fmoc solid-phase peptide synthesis (SPPS) and subsequent on-resin imide formation. Screening of the several imide structures indicated that methyloxazolidinone-t-leucine (MeOxd-Tle) showed faster conversion into thioester and higher stability against hydrolysis under NCL conditions. Finally, by using CPMeOxd-Tle peptides, we demonstrated the chemical synthesis of affibody via N-to-C sequential, three-segment ligation and histone H2A.Z via convergent four-segment ligation. This facile and straightforward method is expected to be broadly applicable to chemical protein synthesis.