La diversification chimique des protéines est un concept important dans l'étude des processus biologiques et des structures complexes des protéines elles-mêmes. Des chercheurs de la Société Max Planck ont publié leurs découvertes fascinantes concernant un acide aminé dans Nature Chemistry .
La diversification chimique des protéines implique l’utilisation de réactions rapides et douces qui ciblent sélectivement un acide aminé spécifique et donc un élément constitutif des protéines. La cystéine en est un exemple frappant et peut actuellement être modifiée de deux manières. La première méthode nécessite la synthèse d'électrophiles pour chaque modification souhaitée, par exemple une sonde à fluorescence qui permet de suivre la molécule dans des mélanges biologiques très complexes.
La deuxième voie transforme la cystéine elle-même en un pilier chimique, qui peut ensuite être diversifié. Jusqu'à présent, cela a été réalisé dans le cadre de synthèses en plusieurs étapes. Ces méthodes présentent l'inconvénient que la cheville ouvrière ne peut être introduite en présence de réactifs extérieurs nécessaires à sa diversification. Cela s'accompagne souvent d'un choix limité de réactifs pour la fonctionnalisation, car le pivot doit persister en solution pendant les processus de purification et a donc une réactivité intrinsèquement réduite.
Une nouvelle technique du groupe de recherche de Tobias Ritter, directeur du Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, est intrigante car elle permet l'introduction d'un intermédiaire hautement réactif dans un processus mono-pot basé sur un seul électrophile. De plus, cette méthode permet une large diversification du nouvel intermédiaire même en présence de réactifs externes.
Dans leur étude, le groupe Ritter a trouvé un moyen d’utiliser les sels de vinyle thianthrénium pour transformer in situ la cystéine en un électrophile d’épisulfonium hautement réactif. Cette approche permet de connecter la cystéine à divers autres nucléophiles externes dans un seul processus unique sans avoir besoin d'étapes supplémentaires. La méthode permet aux scientifiques de relier différents groupes fonctionnels biopertinents aux protéines en utilisant une liaison éthylène courte et stable très proche de la surface de la protéine. Il s'agit donc d'une manière nouvelle et attrayante d'ajouter des étiquettes ou des fonctionnalités qui modifient l'environnement chimique d'une protéine.
Lorsqu'aucun nucléophile externe n'est ajouté, d'autres acides aminés peuvent réagir avec l'intermédiaire épisulfonium dans une réaction intramoléculaire. Cette réactivité permet la ligature protéine-protéine et la macrocyclisation des peptides linéaires. Alors que la première approche permet d'étudier les complexes protéiques et leur activité biologique souvent altérée, la seconde approche rend les peptides plus stables face à la dégradation biologique s'ils sont utilisés, par exemple, comme médicament.
De plus, la synthèse de sels de vinyle thianthrénium à partir d'éthylène gazeux a permis au groupe Ritter de synthétiser des réactifs avec une composition différente d'isotopes. Ces composés marqués par des isotopes possèdent la même réactivité que les dérivés non marqués mais diffèrent légèrement par leur poids moléculaire. Par conséquent, ils peuvent être utilisés dans la recherche protéomique de pointe par spectrométrie de masse pour extraire des informations quantitatives à partir de systèmes cellulaires entiers. Dans l'ensemble, la méthode utilisant les sels de vinyle thianthrénium est présentée comme un outil utile et largement applicable dans le domaine de la biologie chimique.
Plus d'informations : Philipp Hartmann et al, Utilisation chimiosélective des thiols en épisulfoniums pour la bioconjugaison de la cystéine, Nature Chemistry (2023). DOI : 10.1038/s41557-023-01388-7
Informations sur le journal : Chimie naturelle
Fourni par la Société Max Planck
