Příprava monofluorovaných analog N,Nʹ-diacetylchitobiosy and LacdiNAc a jejich nečekaně vysoká afinita k wheat germ agglutininu
Wheat germ agglutinin (WGA) je protein schopný specifického rozpoznávání některých sacharidů. WGA se používá jako modelový lektin k objasnění principů interakcí mezi sacharidy a lektiny. Tento lektin, který se běžně nachází v semenech pšenice seté, vykazuje fungistatické, cytotoxické a antivirové účinky, což mu propůjčuje biomedicínský potenciál. WGA je například schopen interakce s částicemi viru SARS-CoV-2, čímž účinně zabraňuje infekci buněk tímto virem v in vitro modelech. Tato studie publikována v časopise Bioorganic Chemistry se zabývá syntézou nových inhibitorů WGA na bázi fluorovaných disacharidů a detailním výzkumem mechanismu molekulárního rozpoznávání těchto inhibitorů lektinem WGA pomocí biofyzikálních metod a molekulárního modelování.
V rámci této studie byla připravena unikátní série fluorovaných derivátů disacharidů N,N‘-diacetylchitobiosy, and N,N‘-diacetyllaktosaminu (LacdiNAc). Všechny hydroxylové funkce v těchto sacharidech byly postupně systematicky nahrazovány fluorem, čímž bylo připraveno deset nových mono-fluorovaných disacharidů. Afinita těchto sloučenin k WGA byla následně studována pomocí tzv. enzym-linked lektinové afinitní analýzy (ELLA) a isotermální titrační kalorimetrie (ITC). Tyto metody ukázaly, že dvě sloučeniny ze připravené série, totiž 4′F-LacdiNAc a 6′F-N,N‘-diacetylchitobiosa, vykazují zvýšenou inhibiční afinitu. Druhá z těchto sloučenin, 6′F-N,N‘-diacetylchitobiosa, vykázala v porovnání s nefluorovanou N,N‘-diacetylchitobiosou bezprecedentní zvýšení afinity o jeden řád. Tento výrazný nárůst jsme vysvětlili pomocí molekulárního modelování a biomolekulárních NMR technik, které poskytly vhled do mechanismu mezimolekulárního rozpoznávání. Zavedení fluoru do N,N‘-diacetylchitobiosy na pozici 6’ pravděpodobně vedlo k zesílení přitažlivé CH‒π interakce mezi protonem H6’proR na ligandu a aromatickými postranními řetězci aminokyselin Phe/Tyr ve vazebných místech WGA, čímž se zvýšila afinita.
Tato práce demonstruje, že specifické zavedení fluoru do sacharidové molekuly může výrazně zvýšit vazebnou afinitu k příslušným proteinům. Vzhledem k širokému aplikačnímu potenciálu WGA mohou nové inhibitory popsané v této studii nalézt uplatnění v biomedicínském výzkumu jako molekulární sondy a referenční ligandy díky jejich zvýšené afinitě a možnosti uplatnění 19F NMR technik. Tato práce byla provedena ve Výzkumné skupině bioorganické chemie a biomateriálů pod vedením Dr. Jindřicha Karbana a ve spolupráci s Mikrobiologickým ústavem AV ČR, v. v. i., Vysokou školou chemicko-technologickou v Praze a Ústavem organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i.
- Kurfiřt M., Hamala V., Beránek J., Červenková Šťastná L., Červený J., Dračínský M., Bernášková J., Spiwok V., Bosáková Z., Bojarová P., Karban J.*: Synthesis and unexpected binding of monofluorinated N,Nʹ-diacetylchitobiose and LacdiNAc to wheat germ agglutinin. Bioorg. Chem. 2024, 147(June 2024), 107395. doi.org/10.1016/j.bioorg.2024.107395