Title

亞硼酸─苯基磺醯基化學探針分子之合成及其在醣蛋白微陣列晶片上之應用

Translated Titles

Synthesis of Boronic Acid-Tosyl Chemical Probes and It''s Applications in Glycoprotein Microarray

Authors

劉軒宇

Key Words

亞硼酸 ; 苯基磺醯基 ; 張力促進疊氮-炔環加成反應 ; 微陣列晶片 ; 蛋白質固定化 ; Boronic acid ; Protein immobilization ; Microarray ; Strain-promoted azide-alkyne cycloaddition ; Tosyl

PublicationName

中山大學化學系研究所學位論文

Volume or Term/Year and Month of Publication

2014年

Academic Degree Category

碩士

Advisor

林伯樵

Content Language

繁體中文

Chinese Abstract

蛋白質微陣列晶片在蛋白質-蛋白質間交互作用的研究中是快速且經濟的高通量篩選平台,此方法已廣泛應用於蛋白質體學的研究中。本論文合成具親核性胺基側鏈之環辛炔以及一系列亞硼酸-苯基磺醯基化學探針,並將其應用在微陣列晶片表面修飾。此亞硼酸-苯基磺醯基化學修飾化之晶片表面可將目標蛋白質溶液與晶片表面進行接合。在利用其亞硼酸官能基與醣蛋白之醣基上的雙醇進行反應而形成亞硼酸酯。藉由鄰近效應,蛋白質表面具親核性的胺基酸殘基可與化學探針的苯基磺醯基進行 SN2 親核性取代反應。即可將蛋白質以位向專一性共價鍵方式固定化於晶片表面。然後利用丙三醇溶液對亞硼酸酯進行可逆之競爭反應,使醣蛋白之醣基恢復其原生結構。最後以修飾上螢光基團的凝集素 ( 與醣蛋白醣基具有高度特異性之結合蛋白 ),來探討蛋白質-蛋白質交互作用。此方法利用勻相反應環境,能有效提升亞硼酸-苯基磺醯基式化學探針在晶片表面的修飾效率,是一個新穎的位向專一性共價鍵式醣蛋白固定化化學策略。

English Abstract

Protein microarray is a high-throughput screening platform in the study of protein-protein interaction. However, the orientation and structure integrity of immobilized proteins can considerably affect the corresponding biological activity. To date this end, amino-cyclooctyne and a series of boronic acid (BA)-tosyl chemical probes have been synthesized, and used in the fabrication of glycoprotein microarray. Accordingly, strain-promoted azide-alkyne cycloaddition under homogeneous condition have been shown to improve the efficiency of BA-tosyl chemical probe modification on microarray surface. BA-tosyl functionalized surface can conduct the anchoring of glycoproteins. The boronic acid component recognizes the diols of glycan to form boronate diester ring. The resulting proximity effect can trigger a SN2 reaction by nucleophilic residues of protein to the tosyl group of the chemical probe, thereby immobilizes the protein of interest on microarray surface. In this research, a highly efficient strategy for the immobilization of glycoproteins is proposed and then applied in the study of glycoprotein-protein interactions.

Topic Category 基礎與應用科學 > 化學
理學院 > 化學系研究所
Reference
  1. (1) Zhu, H.; Snyder, M. Curr. Opin. Chem. Biol. 2003, 7, 55-63.
    連結:
  2. (4) Griffiths, J. Anal. Chem. 2007, 79, 8833-8837.
    連結:
  3. (5) Predki, P. F. Curr. Opin. Chem. Biol. 2004, 8, 8-13.
    連結:
  4. (6) Melton, M. Nature 2004, 429, 101-107.
    連結:
  5. (7) Hall, D. A.; Ptacek, J.; Snyder, M. Mech. Ageing Dev. 2007, 128, 161-167.
    連結:
  6. (8) Bertone P.; Snyder, M. FEBS J. 2005, 272, 5400-5411.
    連結:
  7. (19) Rusmini, F.; Zhong, Z.; Feijen, J. Biomacromolecules 2007, 8, 1775-1789.
    連結:
  8. (22) Hyun, J. W.; Kim, S. Y.; Lee, S.; Park, H.; Pyee, J.; Kim, S. Bull. Korean Chem. Soc. 2003, 24, 411-412.
    連結:
  9. (32) Jung, Y.; Jeong, J. Y.; Chung, B. Y. Analyst 2008, 133, 697-701.
    連結:
  10. (34) Camarero, J. A.; Kwon, Y.; Coleman, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 14730-14731.
    連結:
  11. (36) Lin, P.-C.; Ueng, S.-H.; Tseng, M.-C.; Ko, J.-L.; Huang, K.-T.; Yu, S.-C.; Adak, A. K.; Chen, Y.-J.; Lin, C.-C. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 4286-4290.
    連結:
  12. (37) Sletten, E. M.; Bertozzi, C. R. Acc. Chem. Res. 2011, 44, 666-676.
    連結:
  13. (41) Sletten, E. M.; Bertozzi, C. R. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 6974-6998.
    連結:
  14. (44) Kolb, H. C,; Sharpless, K. B. Drug Discov Today 2003, 8, 1128-1137.
    連結:
  15. (46b) Hoyle, C. E.; Bowman, C. N. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 1540-1573.
    連結:
  16. (48) Del Amo, D. S.; Wang, W.; Jiang, H.; Besanceney, C.; Yan, A. C.; Levy, M.; Liu, Y.; Marlow, F. L.; Wu, P. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16893-16899.
    連結:
  17. (49) Laughlin, S. T.; Bertozzi, C. R. ACS Chem. Biol. 2009, 4, 1068-1072.
    連結:
  18. (56) Yang, Y. L.; Lee, Y. P.; Yang, Y. L.; Lin, P. C. ACS Chem. Biol. 2014, 9, 390-397.
    連結:
  19. (57) Frew, A. J.; Proctor, G. R. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 1980, 1245-1250.
    連結:
  20. (59) Leonard, N. M.; Brunckova, J. J. Org. Chem. 2011, 76, 9169-9174.
    連結:
  21. (62) Thurber, T. C.; Prince, A.; Halpern, O. J. Heterocycl. Chem. 1982, 19, 961-965.
    連結:
  22. (63) Yang, Y. L.; Rajagopal, B.; Liang, C. F.; Chen, C. C.; Lai, H. P.; Chou, C. H.; Lee, Y. P.; Yang, Y. L.; Zeng, J. W.; Ou, C. L.; Lin, P. C. Tetrahedron 2013, 69, 2640-2646.
    連結:
  23. (66) De, S.; Ramakrishnan S. Chem. Asian J. 2011, 6, 149-156.
    連結:
  24. (2) Schena, M.; Shalon, D.; Davis, R. W.; Brown, P. O. Science 1995, 270, 467-470.
  25. (3) Templin, M. F.; Stoll, D.; Schrenk, M.; Traub, P. C.; Vohringer, C. F.; Joos, T. O. Trends Biotechnol. 2002, 20, 160-166.
  26. (9) Espina, V.; Mehta, A. I.; Winters, M. E.; Calvert, V.; Wulfkuhle, J.; Petricoin III, E. F.; Liotta, L. A. Proteomics 2003, 3, 2091-2100.
  27. (10) Liotta, L. A.; Espina, V.; Mehta, A. I.; Calvert, V.; Rosenblatt, K.; Geho, D.; Munson, P. J.; Young, L.; Wulfkuhle, J.; Petricoin III, E. F. Cancer Cell 2003, 3, 317-325.
  28. (11) Romanov, V.; Davidoff, S. N.; Miles, A. R.; Grainger, D. W.; Galeabd, B. K.; Brooks, B. D. Analyst 2014, 139, 1303-1326.
  29. (12) Wiese, R.; Belosludtsev, Y.; Powdrill, T.; Thompson, P.; Hogan, M. Clin. Chem. 2001, 47, 1451-1457.
  30. (13) Joos, T. O.; Schrenk, M.; Höpfl, P.; Kröger, K.; Chowdhury, U.; Stoll, D.; Schörner, D.; Dürr, M.; Herick, K.; Rupp, S.; Sohn, K.; Hämmerle, H. Electrophoresis 2000, 21, 2641-2650.
  31. (14) Hiller, R.; Laffer, S.; Harwanegg, C.; Huber, M.; Schmidt, W. M.; Twardosz, A.; Barletta, B.; Becker, W. M.; Blaser, K.; Breiteneder, H.; Chapman, M.; Crameri, R.; Duchêne, M.; Ferreira, F.; Fiebig, H.; Hoffmann-Sommergruber, K.; King, T. P.; Kleber-Janke, T.; Kurup, V. P.; Lehrer, S. B.; Lidholm, J.; Müller, U.; Pini, C.; Reese, G.; Scheiner, O.; Scheynius, A.; Shen, H. D.; Spitzauer, S.; Suck, R.; Swoboda, I.; Thomas, W.; Tinghino, R.; Van Hage-Hamsten, M.; Virtanen, T.; Kraft, D.; Müller, M. W.; Valenta, R. FASEB J. 2002, 16, 414-416.
  32. (15) Zhu, H.; Bilgin, M.; Bangham, R.; Hall, D.; Casamayor, A.; Bertone, P.; Lan, N.; Jansen, R.; Bidlingmaier, S.; Houfek, T.; Mitchell, T.; Miller, P.; Dean, R. A.; Gerstein, M.; Snyder M. Science 2001, 293, 2101-2105.
  33. (16) Hall, D. A.; Zhu, H.; Zhu, X.; Royce, T.; Gerstein, M.; Snyder M. Science 2004, 306, 482-484.
  34. (17) Jonkheijm, P.; Weinrich, D.; Schröder, H.; Niemeyer, C. M.; Waldmann, H. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 9618-9647.
  35. (18) Wong, L. S.; Khan, F.; Micklefield, J. Chem. Rev. 2009, 109, 4025-4053.
  36. (20) Reck, M.; Stahl, F.; Walter, J. G.; Hollas, M.; Melzner, D.; Scheper, D. Biotechnol. Progr. 2007, 23, 1498-1505.
  37. (21) Ekins, R. P. Clin. Chem. 1998, 44, 2015-2030.
  38. (23) Piletsky, S.; Piletska, E.; Bossi, A.; Turner, N.; Turner, A. Biotechnol. Bioeng. 2003, 82, 86-92.
  39. (24) Jiang, K.; Schadler, L. S.; Siegel, R. W.; Zhang, X.; Zhang, H.; Terrones, M. J. Mater. Chem. 2004, 14, 37-39.
  40. (25) Patel, N.; Davies, M. C.; Hartshorne, M.; Heaton, R. J.; Roberts, C. J.; Tendler, S. J. B.; Williams, P. M. Langmuir 1997, 13, 6485-6490.
  41. (26) Mateo, C.; Torres, R.; Fernandez-Lorente, G.; Ortiz, C.; Fuentes, M.; Hidalgo, A.; Lopez-Gallego, F.; Abian, O.; Palomo, J. M.; Betancor, L.; Pessela, B. C. C.; Guisan, J. M.; Fernandez-Lafuente R. Biomacromolecules 2003, 4, 772-777.
  42. (27) Groll, J.; Amirgoulova, E. V.; Ameringer, T.; Heyes, C. D.; Röcker, C.; Nienhaus, G. U.; Möller, M. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4234-4239.
  43. (28) Fernandez-Lafuente, R.; Rosell, C. M.; Rodriguez, V.; Santana, C.; Soler, G.; Bastida, A.; Guisan, J. M. Enzyme Microb. Technol. 1993, 15, 546-550.
  44. (29) Viitala, T.; Vikholm, I.; Peltonen, J. Langmuir 2000, 16, 4953-4961.
  45. (30) Blawas, A. S.; Reichert, W. M. Biomaterials 1999, 19, 595-609.
  46. (31) Xu, F.; Zhen, G.; Yu, F.; Kuennemann, E.; Textor, M.; Knoll, W. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 13084-13085.
  47. (33) de Araújo, A. D.; Palomo, J. M.; Cramer, J.; Köhn, M.; Schröder, H.; Wacker, R.; Niemeyer, C.; Alexandrov, K.; Waldmann, H. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 296-301.
  48. (35) Kalia, J.; Abbott, N. L.; Raines R. T. Bioconjugate Chem. 2007, 18, 1064-1069.
  49. (38) Saxon, E.; Bertozzi, C. R. Science 2000, 287, 2007-2010.
  50. (39) Prescher, J. A.; Dube, D. H.; Bertozzi, C. R. Nature 2004, 430, 873-877.
  51. (40) Soellner, M. B.; Dickson, K. A.; Nilsson, B. L.; Raines, R. T. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 11790-11791.
  52. (42) Lempens, E. H. M.; Helms, B. A.; Merkx, M.; Meijer, E. W. ChemBioChem 2009, 10, 658-662.
  53. (43) Yi, L.; Chen, Y. X.; Lin; P. C.; Schröder, H.; Niemeyer, C. M.; Wu, Y. W.; Goody, R. S.; Triola, G.; Waldmann, H. Chem. Commun. 2012, 48, 10829-10831.
  54. (45) Helms, B.; van Baal, I.; Merkx, M.; Meijer, E. W. ChemBioChem 2007, 8, 1790-1794.
  55. (46a) Weinrich, D.; Lin, P.-C.; Jonkheijm, P.; Nguyen, U. T.; Schröder, H.; Niemeyer, C. M.; Alexandrov, K.; Goody, R.; Waldmann, H. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 1252-1257.
  56. (47) Agard, N. J.; Prescher, J. A.; Bertozzi, C. R. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15046-15047.
  57. (50) Agard, N. J.; Baskin, J. M.; Prescher, J. A.; Lo, A.; Bertozzi, C. R. ACS Chem. Biol. 2006, 1, 644-648.
  58. (51) Sletten, E. M.; Nakamura, H.; Jewett, J. C.; Bertozzi, C. R. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9516-9518.
  59. (52) Dommerholt, J.; Schmidt, S.; Temming, R.; Hendriks, L. J. A.; Rutjes, F. P. J. T.; van Hest, J. C. M.; Lefeber, D. J.; Friedl, P.; van Delft, F. L. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 9422-9425.
  60. (53) Jewett, J. C.; Sletten, E. M.; Bertozzi, C. R. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 3688-3690.
  61. (54) Debets, M. F.; van Berkel, S. S.; Dommerholt, J.; Dirks, A. T. J.; , Rutjes, F. P. J. T.; van Delft, F. L. Acc. Chem. Res. 2011, 44, 805-815.
  62. (55) Schultz, M. K.; Parameswarappa, S. G.; Pigge, F. C. Org. Lett. 2010, 12, 2398-2401.
  63. (58) Chen, C. C.; Rajagopal, B.; Liu, X. Y.; Chen, K. L.; Tyan, Y. C.; Lin, F.; Lin, P. C. Amino Acids 2014, 46, 367-374.
  64. (60) Ye, Y. S.; Shen, W. C.; Tseng, C. Y.; Rick, J.; Huang, Y. J.; Chang, F. C.; Hwang, B. J. Chem. Commun. 2011, 47, 10656-10658.
  65. (61) Tahtaoui, C.; Parrot, I.; Klotz, P.; Guillier, F.; Galzi, J.-L.; Hibert, M.; Ilien, B. J. Med. Chem. 2004, 47, 4300-4315.
  66. (64) Geng, J; Lindqvist, J; Mantovani, G; Haddleton, D. M. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 4180-4183.
  67. (65) Jahnen-Dechent, W.; Heiss, A.; Schäfer, C.; Ketteler, M. Circ. Res. 2011, 108, 1494-1509.