Proteinligation

Durch die Proteinligation können zwei Peptide aneinander gekoppelt werden. Meist handelt es sich dabei um Peptidfragmente, die durch Festphasenpeptidsynthese (SPPS) hergestellt wurden.^[1] Verschiedene Verfahren zur Proteinligation wurden beschrieben, z. B.:

• die native chemical ligation^[2][3]
• der Prior Thiol Capture
• die Expressed Protein Ligation^[4]
• das Acyl-Initiated Capture
• die SEA native peptide ligation^[5][6]

• die Intein-Kopplung
• die Peptidligation mit Selenocystein.^[7]
• und die Spurlose Staudinger-Ligation^[1]

 

Das N-terminale Peptid muss für die Proteinligation als letzte Aminosäure (an seinem C-Terminus) ein Thioester und das C-terminale Peptid muss für die Proteinligation als erste Aminosäure (an seinem N-Terminus) ein Cystein aufweisen.^[2][3]

Das N-terminale Peptid muss für die Proteinligation als letzte Aminosäure (an seinem C-Terminus) eine bis(2-Sulfanylethyl)aminogruppe (SEA) und das C-terminale Peptid muss für die Proteinligation als erste Aminosäure (an seinem N-Terminus) ein Cystein oder Homocystein aufweisen.

Die im Jahr 2000 entdeckte Möglichkeit die Staudinger-Reaktion auch zur Peptid- bzw. Proteinligation zu nutzen ist als Staudinger-Ligation bekannt. Im Gegensatz zur „native peptide ligation“ hängt die Peptidverknüpfung mit der Staudinger-Ligation nicht von einer bestimmten Aminosäureseitenkette ab. Bei der Staudinger-Ligation bleibt eine Triarylphosphanoxidgruppe in Nachbarschaft zur Amidbindung. Ist diese nicht gewünscht kann die sogenannte spurlose Staudinger-Ligation genutzt werden, bei der die Phosphanoxideinheit im Hydrolyseschritt abgespalten wird. Dies wird durch die Verwendung des Phosphans Diphenylphosphanyl-phenol oder Di-phenylphosphanylmethanthiol erreicht. Beide Phosphane zeigen ein gutes Reaktionsprofil und ermöglichen so die Proteinligation in Ausbeuten von bis zu 99 %.^[1]

Durch die Verwendung der spurlosen Staudinger-Ligation gelang so unter anderem die Synthese von Ribonuclease A aus drei Peptidfragmenten.^[1]

Die zugrundeliegende Reaktion der native chemical ligation wurde 1953 von T. Wieland veröffentlicht.^[8] Ab 1994 wurde die Reaktion zur Erzeugung von Proteinen aus Peptiden durch S. B. Kent weiterentwickelt.^[9][10] Im Jahr 2000 gelang Bertozzi et al. und Raines et al. die Proteinligation mit der Staudinger-Ligation.^[1]

• T. Kimmerlin, D. Seebach: ‘100 years of peptide synthesis‘: ligation methods for peptide and protein synthesis with applications to beta-peptide assemblies. In: The journal of peptide research : official journal of the American Peptide Society. Band 65, Nummer 2, Februar 2005, S. 229–260, doi:10.1111/j.1399-3011.2005.00214.x, PMID 15705167.

1. ↑ ^{a b c d e} Maja Köhn, Rolf Breinbauer: Die Staudinger-Ligation– ein Geschenk für die Chemische Biologie. In: Angewandte Chemie. Band 116, Nr. 24, 14. Juni 2004, S. 3168–3178, doi:10.1002/ange.200401744. 
2. ↑ ^{a b} T. W. Muir, P. E. Dawson, S. B. Kent: Protein synthesis by chemical ligation of unprotected peptides in aqueous solution. In: Methods in enzymology. Band 289, 1997, ISSN 0076-6879, S. 266–298, PMID 9353726.
3. ↑ ^{a b} T. M. Hackeng, J. H. Griffin, P. E. Dawson: Protein synthesis by native chemical ligation: expanded scope by using straightforward methodology. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 96, Nummer 18, August 1999, ISSN 0027-8424, S. 10068–10073, PMID 10468563, PMC 17843 (freier Volltext).
4. ↑ T. W. Muir, D. Sondhi, P. A. Cole: Expressed protein ligation: a general method for protein engineering. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 95, Nummer 12, Juni 1998, S. 6705–6710. PMID 9618476, PMC 22605 (freier Volltext).
5. ↑ N. Ollivier, J. Dheur, R. Mhidia, A. Blanpain, O. Melnyk: Bis(2-sulfanylethyl)amino native peptide ligation. In: Organic letters. Band 12, Nummer 22, November 2010, ISSN 1523-7052, S. 5238–5241, doi:10.1021/ol102273u, PMID 20964289.
6. ↑ W. Hou, X. Zhang, F. Li, C. F. Liu: Peptidyl N,N-bis(2-mercaptoethyl)-amides as thioester precursors for native chemical ligation. In: Organic letters. Band 13, Nummer 3, Februar 2011, ISSN 1523-7052, S. 386–389, doi:10.1021/ol102735k, PMID 21175148.
7. ↑ B. L. Nilsson, M. B. Soellner, R. T. Raines: Chemical synthesis of proteins. In: Annual review of biophysics and biomolecular structure. Band 34, 2005, S. 91–118, doi:10.1146/annurev.biophys.34.040204.144700. PMID 15869385, PMC 2845543 (freier Volltext).
8. ↑ T. Wieland, E. Bokelmann, L. Bauer, H. U. Lang, H. Lau, W. Schafer: Polypeptide syntheses. VIII. Formation of sulfur containing peptides by the intramolecular migration of aminoacyl groups. In: Liebigs Ann Chem. Band 583, 1953, S. 129–149.
9. ↑ P. E. Dawson, T. W. Muir, I. Clark-Lewis, S. B. Kent: Synthesis of proteins by native chemical ligation. In: Science. Band 266, Nummer 5186, November 1994, S. 776–779. PMID 7973629.
10. ↑ S. Kent: Total chemical synthesis of enzymes. In: Journal of peptide science : an official publication of the European Peptide Society. Band 9, Nummer 9, September 2003, S. 574–593, doi:10.1002/psc.475. PMID 14552420.