Des chercheurs de l'Académie tchèque des sciences et de la start-up CF Plus Chemicals basée à Brno, une spin-off de l'ETH Zurich, a signalé une nouvelle technologie appelée CF LINK pour la bioconjugaison sélective de protéines et leur caractérisation structurelle. La technologie peut préparer sélectivement des conjugués de protéines via leurs résidus tryptophane et effectuer une modification post-traductionnelle des acides aminés aromatiques. Par ailleurs, il peut également être utilisé comme un outil pour la cartographie des surfaces protéiques et l'étude des interactions protéine-protéine.

La société CF Plus Chemicals, une spin-off de l'ETH Zurich fondée en 2014, est basé sur près de 10 ans de coopération du groupe du Dr Petr Beier à l'Institut de chimie organique et de biochimie de l'Académie tchèque des sciences (IOCB Prague) et du Dr Václav Matoušek, un doctorat ancien élève du Prof. Dr. Antonio Togni à l'ETH Zurich.

Réactifs à base de composés cycliques hypervalents iode-perfluoroalkyle, également appelés réactifs de Togni, sont devenus des outils largement utilisés et populaires en synthèse organique, notamment en chimie médicinale pour la préparation de nouveaux candidats médicaments fluorés, en ligne avec la demande croissante d'échafaudages fluorés dans la conception de médicaments. Au début des années 1990, les molécules fluorées représentaient 5 pour cent du nombre total de médicaments approuvés; ils représentent maintenant 15 pour cent, et environ 30 pour cent pour les thérapies nouvellement approuvées.

Cette famille de composés chimiques a ensuite été étendue en 2013 en collaboration avec l'ETH Zurich et le Dr Petr Beier de l'IOCB à une nouvelle génération de réactifs Togni brevetés qui portent un groupe RCF2CF2 plus complexe au lieu d'un simple groupe CF3. La nouvelle famille de ces produits chimiques partage non seulement la riche réactivité de la première génération de réactifs Togni, mais présentent également une variabilité structurelle pratiquement illimitée du groupe tétrafluoroéthyle β-substitué, qu'ils sont capables de transférer sur une variété de substrats pertinents pour la chimie médicale des petites molécules.

En 2017, le potentiel d'application de la deuxième génération de réactifs de Togni a été étendu aux protéines. Leur haute affinité envers le groupe thiol permet une bioconjugaison sélective par l'intermédiaire des cystéines pour former des conjugués stables qui, contrairement aux conjugués maléimide, ne sont pas sujets à une déconjugaison lente et à un échange de thiols.

La présente invention s'appuie sur la connaissance antérieure de la nature radicale des réactions induites par le réactif de Togni. Dans le projet PME Instrument Horizon 2020, soutenu par la ville de Brno et en coopération avec l'IOCB et le Dr Petr Novák de l'Institut de microbiologie de l'Académie tchèque des sciences (IMIC), il a été démontré que les réactifs de Togni, lorsqu'il est mélangé avec de l'ascorbate de sodium, un pas cher, agent réducteur non toxique et biocompatible, génèrent immédiatement des radicaux tétrafluoroéthyle -substitués qui se fixent sélectivement aux résidus tryptophane stériquement accessibles de la protéine dans des conditions sans métal de transition.

Une fois que les groupes azidofluoroalkyle sont attachés à la protéine, divers groupes fonctionnels, tels que les colorants fluorescents, les radionucléides ou les toxines ADC pour l'oncothérapie ciblée peuvent ensuite être liés via une réaction de clic pour fournir les conjugués protéiques correspondants. La méthode de bioconjugaison sélective au tryptophane divulguée ne perturbe pas les ponts disulfure de protéine et offre une solution alternative où la conjugaison conventionnelle de la cystéine n'est pas possible, par exemple, en raison d'un brouillage disulfure indésirable.

Cette méthode de bioconjugaison peut également être étendue à d'autres acides aminés aromatiques et donc à des protéines dépourvues de tryptophane. Ainsi, il a été possible de modifier avec succès l'insuline humaine recombinante et d'attacher jusqu'à sept modifications à ses acides aminés aromatiques, démontrant le potentiel de modification post-traductionnelle des protéines.

La nature extrêmement rapide de cette réaction ciblant les acides aminés aromatiques accessibles aux solvants en fait un outil pratique pour cartographier les surfaces des protéines et étudier les interactions protéine-protéine. En utilisant l'exemple de l'anhydrase carbonée humaine, les chercheurs ont démontré que les résultats de la cartographie de surface sont en excellent accord avec sa structure native publiée.

Prof. Dr. Martin Fusek, PDG d'IOCB Tech, dit, « La base des résultats commerciaux réussis des résultats de la recherche fondamentale est un excellent travail scientifique. Il s'agit d'un résultat important qui est non seulement utile comme outil pour la recherche fondamentale, mais également comme moyen pour le développement de nouveaux médicaments à base de protéines. L'unicité, ce qui devrait plutôt être la règle, est que le projet a été créé par la coopération de deux institutions académiques et d'une société commerciale. Je suis très heureux que nous ayons pu faire partie du processus."

Dr Petr Beier, chef d'un groupe de recherche à l'IOCB Prague, dit, « Je suis heureux que nous ayons pu développer une collaboration interdisciplinaire réussie de synthèse organique et de biochimie. Il s'avère que les propriétés spécifiques des composés fluorés peuvent être utilisées non seulement traditionnellement dans la chimie médicale des petites molécules, mais comme récemment présenté également pour la bioconjugaison des protéines et les études de leur structure. Je pense qu'à l'avenir, nous serons en mesure d'identifier d'autres utilisations intéressantes des réactifs de Togni en biochimie."

Dr Petr Novák, chef d'un groupe de recherche à l'IMIC, dit, "Grâce aux réactifs Togni, nous avons pu introduire une sonde fluorée dans la structure de la protéine dans un environnement aqueux en quelques secondes. Nous sommes maintenant en mesure d'utiliser cette technologie pour marquer sélectivement des protéines pour le diagnostic clinique ou l'utiliser pour identifier l'interface d'interaction des protéines avec leurs ligands."

Dr Václav Matoušek, PDG de CF Plus Chemicals, dit, "Je suis ravi de voir que la réactivité des réactifs Togni pourrait être étendue aux acides aminés aromatiques et aux aromates en général, ouvrant ainsi une pléthore d'applications potentielles, en particulier dans la science des protéines et les thérapies à base de protéines. Nous recherchons maintenant activement des partenaires industriels établis qui pourraient appliquer notre technologie pour résoudre leurs défis. »