图2. tryptathionine桥键合成。图片来源： JACS

2019年Süssmuth教授课题组将碘介导的tryptathionine合成策略成功应用在鬼笔环肽分子的全合成（ Chem. Eur. J ., 2019, 25 , 8030–8034），但意外的是还没有应用到鹅膏蕈碱类分子上。基于以上背景，Roderich D. Süssmuth课题组首先利用分子动力学模拟（MD simulation）和核磁共振溶液结构计算，阐明碘介导的方法不适用于大环内酰胺 4（图3b-3d）。随后作者调整合成策略，以线性肽（ 2 和 6）为模型分子，碘介导的环化结果表明，该方法对包含“Gly-Ile-Gly”片段的线性肽 6具有较强的选择性（图3g）。为了考察该反应的通用性，作者利用模型肽 6，首先对不同的的卤素试剂进行筛选，结果表明除了NBS，其他的碘试剂（碘、NIS、I-Cl和I-Br）都表现出很高的转化效率。之后作者对不同类型化学溶剂进行了筛选，实验证明极性非质子溶剂具有良好的转化效率。在优化完实验条件后，作者设计合成了34个不同序列的多肽分子，研究了该反应的适用范围和局限性，结果表明：1）胺基以及酚羟基需要功能团保护，醇羟基（Thr和Ser）则并不需要；2）因为位阻影响，色氨酸的吲哚环不应保护；3）柔性多肽序列往往具有较高的反应性。

图3. 碘介导的 tryptathionine桥键合成。图片来源： JACS

在对该方法进行了深入探索后，作者将目标集中在 鹅膏蕈碱的全合成。首先根据碘介导的环化效率，确定大环内酰胺化的反应位点为（4,5）-二羟基-（4R，3R, 2S）-异亮氨酸（DHIle）和顺式-4-羟基脯氨酸（Hyp）之间。随后根据逆合成分析，利用不对称催化反应完成两个非天然氨基酸的合成，实现了对该分子的化学合成（图4）。在此基础上，作者设计合成了25个新颖的鹅膏毒素分子，对其构效关系（SAR）进行了全面的研究。之前的毒理学证实鹅膏蕈碱因为可以被阴离子转运蛋白（OATP1B3）转运至肝脏细胞，具有极强的肝脏毒性。为了寻找高效且低毒的前景分子，研究团队首先利用体外实验评估了目标分子对RNA聚合酶的抑制活性和细胞毒性，将正常HEK-239 和HEK-239-OATP1B3的细胞毒性实验进行比较，验证其类似物是否被OATP1B3转运。实验结果表明除7位的Gly位点可以改造，其余位点的耐受性极差。相比模板分子 Ama-01（图4，6.8 nM），合成的 Ama-15对RNA聚合酶的抑制活性增强了五倍（1.4 nM），但是其对人胚胎肾细胞的毒性明显减弱。

图4. 逆合成分析和构效关系。图片来源： JACS

该研究成果为快速高效合成鹅膏蕈碱类毒素，寻找新型payload用来研究偶联药物铺平了道路，为多肽环化策略提供了新的思路。相关工作已经申请了国际专利，并发表在 Journal of the American Chemical Society 。 姚贵阳博士和博士生 Caroline H. Knittel为该文共同第一作者，柏林工业大学 Roderich D. Süssmuth教授为通讯作者，该工作是与柏林自由大学和Heidelberg Pharma合作完成，并得到洪堡基金会和DFG的支持。

Iodine-Mediated Tryptathionine Formation Facilitates the Synthesis of Amanitins

Guiyang Yao, Caroline H. Knittel, Simone Kosol, Marius T. Wenz, Bettina G. Keller, Hendrik Gruß, Alexandra C. Braun, Christian Lutz, Torsten Hechler, Andreas Pahl, and Roderich D. Süssmuth*

J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c06565

Roderich D. Süssmuth教授课题组网站

https://www.biochemie.tu-berlin.de/返回搜狐，查看更多