Pesquisadores da Academia de Ciências Tcheca e da start-up CF Plus Chemicals, com sede em Brno, um spin-off da ETH Zurich, relatou uma nova tecnologia chamada CF LINK para bioconjugação seletiva de proteínas e sua caracterização estrutural. A tecnologia pode preparar seletivamente conjugados de proteínas por meio de seus resíduos de triptofano e realizar a modificação pós-tradução de aminoácidos aromáticos. Além disso, também pode ser usado como uma ferramenta para o mapeamento de superfícies de proteínas e estudos de interações proteína-proteína.

A empresa CF Plus Chemicals, uma spin-off da ETH Zurich fundada em 2014, baseia-se em quase 10 anos de cooperação do grupo do Dr. Petr Beier no Instituto de Química Orgânica e Bioquímica da Academia Tcheca de Ciências (IOCB Praga) e Dr. Václav Matoušek, um Ph.D. ex-aluno do Prof. Dr. Antonio Togni na ETH Zurich.

Reagentes baseados em compostos hipervalentes cíclicos de iodo-perfluoroalquila, também chamados de reagentes Togni, tornaram-se ferramentas amplamente utilizadas e populares em síntese orgânica, especialmente em química medicinal para a preparação de novos candidatos a drogas fluoradas, em linha com a crescente demanda por andaimes fluorados no design de medicamentos. No início da década de 1990, as moléculas fluoradas representaram 5% do número total de medicamentos aprovados; eles agora compreendem 15 por cento, e cerca de 30 por cento para novas terapêuticas aprovadas.

Esta família de compostos químicos foi posteriormente expandida em 2013 em colaboração de ETH Zurich e Dr. Petr Beier da IOCB para uma nova geração de reagentes Togni patenteados que carregam um grupo RCF2CF2 mais complexo em vez de um grupo CF3 simples. A nova família desses produtos químicos compartilha não apenas a rica reatividade da primeira geração de reagentes Togni, mas também exibem variabilidade estrutural virtualmente ilimitada do grupo tetrafluoroetil substituído em β, que são capazes de transferir para uma variedade de substratos relevantes para a química médica de pequenas moléculas.

Em 2017, o potencial de aplicação da segunda geração de reagentes Togni foi estendido às proteínas. Sua alta afinidade para o grupo tiol permite a bioconjugação seletiva através de cisteínas para formar conjugados estáveis ​​que, ao contrário dos conjugados de maleimida, não estão sujeitos a desconjugação lenta e troca de tiol.

A presente invenção baseia-se no conhecimento prévio da natureza radical das reações mediadas por reagentes de Togni. No projeto SME Instrument Horizon 2020, apoiado pela cidade de Brno e em cooperação com IOCB e Dr. Petr Novák do Instituto de Microbiologia da Academia Tcheca de Ciências (IMIC), foi mostrado que os reagentes Togni, quando misturado com ascorbato de sódio, um barato, agente redutor não tóxico e biocompatível, gerar imediatamente radicais tetrafluoroetil ß-substituídos que se ligam seletivamente a resíduos de triptofano estericamente acessíveis da proteína sob condições livres de metal de transição.

Uma vez que os grupos azidofluoroalquil são anexados à proteína, vários grupos funcionais, como corantes fluorescentes, radionuclídeos ou toxinas ADC para oncoterapia direcionada podem ser subsequentemente ligados por meio de reação de clique para produzir os conjugados de proteína correspondentes. O método de bioconjugação seletiva de triptofano divulgado não rompe as pontes dissulfeto de proteína e oferece uma solução alternativa onde a conjugação de cisteína convencional não é possível, por exemplo, devido a um embaralhamento de dissulfeto indesejável.

Este método de bioconjugação também pode ser estendido a outros aminoácidos aromáticos e, portanto, a proteínas sem triptofano. Assim, foi possível modificar com sucesso a insulina humana recombinante e anexar até sete modificações aos seus aminoácidos aromáticos, demonstrando o potencial para modificação pós-tradução de proteínas.

A natureza extremamente rápida desta reação visando aminoácidos aromáticos acessíveis a solventes a torna uma ferramenta conveniente para mapear superfícies de proteínas e estudar as interações proteína-proteína. Usando o exemplo da anidrase de carbono humana, os pesquisadores demonstraram que os resultados do mapeamento de superfície estão em excelente acordo com sua estrutura nativa publicada.

Prof. Dr. Martin Fusek, CEO da IOCB Tech, diz, "A base para resultados comerciais bem-sucedidos de resultados de pesquisa básica é um excelente trabalho científico. Este é um resultado importante que não é apenas útil como uma ferramenta para pesquisa básica, mas também como um meio para o desenvolvimento de novos medicamentos baseados em proteínas. A singularidade, que deveria ser a regra, é que o projeto foi criado pela cooperação de duas instituições acadêmicas e uma empresa comercial. Estou muito feliz que pudemos ter feito parte do processo. "

Dr. Petr Beier, chefe de um grupo de pesquisa no IOCB Praga, diz, "Estou feliz por termos sido capazes de desenvolver uma colaboração interdisciplinar bem-sucedida de síntese orgânica e bioquímica. Acontece que as propriedades específicas dos compostos fluorados podem ser utilizadas não apenas tradicionalmente na química médica de pequenas moléculas, mas como recentemente apresentado também para bioconjugação de proteínas e estudos de sua estrutura. Acredito que no futuro seremos capazes de identificar outros usos atrativos dos reagentes de Togni na bioquímica. "

Dr. Petr Novák, chefe de um grupo de pesquisa no IMIC, diz, "Graças aos reagentes Togni, conseguimos introduzir uma sonda fluorada na estrutura da proteína em um ambiente aquoso em questão de segundos. Agora podemos usar essa tecnologia para marcar proteínas seletivamente para diagnósticos clínicos ou usá-la para identificar a interface de interação das proteínas com seus ligantes. "

Dr. Václav Matoušek, CEO da CF Plus Chemicals, diz, "Estou animado em ver que a reatividade dos reagentes de Togni pode ser estendida aos aminoácidos aromáticos e aromas em geral, abrindo assim uma infinidade de aplicações potenciais, especialmente em ciência de proteínas e terapêutica baseada em proteínas. Agora estamos procurando ativamente parceiros industriais estabelecidos que possam aplicar nossa tecnologia para resolver seus desafios. "