精准高效合成糖基化白细胞介素15

Over fifty percent of human proteins are glycoproteins. But for many years, research progress of glycoproteins is impeded by the heterogeneity in their oligosaccharide. Glycosylation, one of the posttranslational modification, is based on a complex biosynthetic machinery. Development of efficient methods for the synthesis of homogeneous glycoprotein is very important for life science, protein science and glycobiology. Benefit from the technology of carbohydrate, peptide synthesis and protein expression, now scientists could synthesize homogeneous glycoproteins, though only few labs in the world have the abilities to integrate these technologies to obtain homogeneous glycoproteins. Semi-synthesis of glycoprotein with precise structure molecule by protein expression and chemical synthesis of glycopeptides, will afford a powerful tool for the discovery of life science. .Interleukin-15 plays many key roles within both innate and adaptive immunity, which is currently evaluated in several clinical trials. The pharmacokinetic properties of IL-15 are associated with its glycosylation, which remains largely unclear. We will use expressed protein ligation and chemical synthesis of N-linked glycan, to synthesize homogeneous IL-15, address its structural-functional relationships, that may allow us to improve therapeutic properties of IL-15.

长期以来，对糖蛋白的研究受限于糖链均一蛋白质的获取，发展高效合成糖基化蛋白的技术将对生命，医疗健康有重要的意义。糖蛋白的合成需要兼顾糖类合成，多肽合成和基因重组技术，国内外仅有极少数实验室有能力合成结构完整的复杂糖蛋白。鉴于糖蛋白在生命体系内的重要性，利用生物与化学合成相结合的方式，发展新颖的技术获取糖基化蛋白，将为探索生命现象提供有力的工具。本研究项目具有重要的科学意义和原创性，对该领域以及相关的合成生物学领域研究起到促进作用。本项目以白细胞介素15（IL-15）为目标分子，综合基因表达方法与有机合成等手段，精确、高效合成具有均一化糖链结构的糖蛋白，阐明糖链结构对该重要蛋白功能活性的影响。同时，合成过程中发展的方法学将对精确合成糖蛋白这个领域起到推动作用。

我们初步计划合成含有化学均一糖链的IL-15。结合生物，化学合成方法发展出高效的半合成路线，从而增加对糖蛋白IL-15功能的了解。在项目执行过程中我们顺利完成了IL-15的合成，但当我们进行下一步复杂糖基化IL-15的合成时发现，IL-15疏水肽段的溶解性严重制约了自然化学连接速率，从而导致了复杂糖型IL-15全合成的失败。在这一工作开展过程中，我们发展了新的方法学，即新的beta-硫代-或硒代半胱氨酸的高效合成，并将合成的 β-硒代/硫代氨基酸用于多肽合成中，通过连接后脱硒 /脱硫策略完成两个多肽片段的连接，进一步拓展自然化学连接的连接位点。硒代半胱氨酸、半胱氨酸以及硒代/硫代氨基酸不仅可以用于自然化学连接，而且在调节蛋白质的构象和功能中具有关键的作用。为了进一步推动这类氨基酸的广泛应用，我们利用光催化的Giese反应实现β-硒代/硫代氨基酸的发散性合成。该方法简洁、高效，具有很好的官能团兼容性。利用该方法，我们合成了三十多个β-硒代/硫代氨基酸。这些氨基酸经过一步或者一锅两步、三步的转化，就可以直接用于固相多肽合成。利用合成的氨基酸，通过一锅法连接后脱硒/脱硫策略高效地完成7个模型多肽的连接。此外，我们还通过一锅法四步反应高效的完成了细胞色素c氧化酶7C的首次全合成。最后，利用合成的β-硫代氨基酸，合成了三个催产素类似物，并通过热力学稳定性实验证明二硫键的重构可以显著的影响多肽、蛋白质的稳定性。该方法学将为自然化学连接位点的选择提供技术手段，并将服务于IL-15的合成。.