Klikreaktion for levende systemer:Bioortogonal hydroaminering af aktiverede lineære alkyner

At øge vores forståelse af cellulære processer kræver information om de involverede typer biomolekyler, deres placeringer, og deres interaktioner. Dette kræver, at molekylerne mærkes uden at påvirke fysiologiske processer (bioortogonalitet). Dette virker, når markørerne er meget hurtigt og selektivt koblet ved hjælp af små molekyler og 'klikkemi'. I journalen Angewandte Chemie , et team af forskere har nu introduceret en ny type klikreaktion, der også er velegnet til levende celler og organismer.

Som et eksempel, mærkning af biomolekyler giver mulighed for lokalisering og karakterisering af tumorer, når et antistof, der binder til specifikke molekyler i tumorcellerne, injiceres. Derefter sprøjtes også et farvestof ind. Antistofferne og farvestoffet er begge udstyret med små molekylære grupper, der næsten ikke har indflydelse på cellulære processer. Når de møder deres modstykke, de binder sig øjeblikkeligt og specifikt til hinanden uden sidereaktioner - lige så let som de to dele klikker sammen. Det er her begrebet klikkemi kommer fra. Farvestoffet forbliver kun knyttet til tumorceller, gør dem sporbare.

Den mest kendte klikkemi-reaktion er azid-alkyn-reaktionen. En azidgruppe reagerer med en alkyngruppe og danner en femleddet ring. Imidlertid, denne reaktion kræver en giftig kobberkatalysator, gør det uegnet til levende systemer. Et alternativ er brugen af ​​cykliske alkyner, hvor den tredobbelte binding er under så stor belastning, at reaktionen fungerer uden en katalysator. Endnu, cyklussen kan være uegnet til nogle applikationer.

Et team ledet af Justin Kim ved Dana-Farber Cancer Institute og Harvard Medical School har nu udviklet en alternativ klikreaktion med lineær, terminale alkyner, som virker hurtigt og er katalysatorfri under komplekse fysiologiske forhold. Efter en præcis analyse af de elektroniske interaktioner i alkyner og test med en række substituenter, holdet fandt ud af, at visse alkyner med halogener på begge sider af tripelbindingen er reaktive nok. Tricket var at afbalancere de forskellige påvirkninger af de individuelle substituenter, således at alkynerne var tilstrækkeligt aktiverede (push-pull aktivering) til at reagere uden en katalysator, mens de forblev sikre mod angreb fra cellulære komponenter. For den anden halvdel af klikenheden valgte teamet at bruge N, N-dialkylhydroxylaminer (organiske forbindelser indeholdende både nitrogen og oxygen) i stedet for de konventionelle azider. De resulterende reaktionsprodukter (enamin-N-oxider) er biokompatible.

Disse nye klikreaktioner (retro-Cope-elimineringer) er meget hurtige. Produkterne dannes regionselektivt, og komponenterne er tilstrækkeligt stabile og kan let indføres i biomolekyler. Dette udvider spektret af bioortogonale koblingsreaktioner til cellulær mærkning i levende systemer.