化学生物学与点击

几十年的反应,已成为领域的海报男孩现在“点击化学”是扩大到生物学,海莉桦树发现

说在伦敦英国皇家1960年12月,德国化学家Rolf Huisgen解释了他的工作在一个特定类型的反应在第一个蜗牛的速度进行,采用两人。但是到了第三年,他继续吹嘘,他的团队已经扩大到17。如何满足他今天一定会知道“Huisgen的反应”——也被称为1,3-dipolar环加成作用,化学是一个新兴领域的重点,他的工作已经在成千上万的科学论文被引用。

Huisgen的反应来例证了强大的类型,简单的执行,和高度可靠的反应,体现了“点击化学”——2001年发明的一个术语的夏普拉霍亚的斯克里普斯研究所,我们。炔与叠氮化反应的铜和——点击!——他们一起拍像乐高积木。Huisgen的反应,就像其他点击化学反应,受益于有利的热力学驱动它向前在温和条件下生产单一产品的高收益。沙普利斯的原始动机促进简单的点击化学是鼓励发展策略药用化学家使用药物合成,¹但是,近十年过去了,它是生物学家采用点击化学反应,特别是Huisgen。

伟大的凝胶

霍华德休斯医学研究所的科罗拉多州,美国科尔采伐森林已经采用环加成反应,使凝胶培养细胞在3 d的基础,他希望有一天会形成一个组织再生的平台。点击化学提供了一个更直接的途径形成凝胶。

砍伐森林的实验室已经使得一些水凝胶15 - 20年。很多的工作在我们的实验室处理试图封装不同类型的干细胞,这些细胞的物质诱导分化,最终在人类患者植入,”他解释说。砍伐森林说,水凝胶,可以设计规定的行为引起的细胞——他们如何传播和附着,而且,最重要的是,他们如何区分。各种各样的组件可以被添加到水凝胶来影响这些行为。与水凝胶作为基础材料,炔和叠氮化团体像维可牢补丁对团队的各种分子坚持要测试。

Huisgen最初的计划,然而,完全没有保持完好无损,化学家们青睐的简单的alkyne-azide反应不是与生物系统完全兼容。瑞尼van der Hoorn,植物生物学家马克斯普朗克研究所植物育种研究在科隆,德国,指出,Huisgen最初的反应并不适合研究活细胞。“你需要为传统的点击化学铜和铜蛋白质变性和仅仅是有毒的,”他说。

探索植物酶

Van der Hoorn的团队最近集中在使用小分子探针标记植物酶,例如,显示出叶子的酶的活性。点击化学避免使用较大的荧光标签,不能渗透细胞膜。相反,一个小炔或叠氮化修改标签添加体内之前进行提取,然后添加一个标签,其目的是“点击”标签使用Huisgen叠氮化反应与炔的惯用伎俩。但由于铜催化剂是有毒的植物,反应不能在活组织完成。正如van der Hoorn指出,铜也改变了他们的净化列。

与研究生化过程,组织再生需要活细胞和采伐森林的研究小组正在寻找一种方法,将符合他们分化干细胞。

Copper-free点击

杰里米·巴斯金在2007年的一篇论文的加州大学伯克利分校,和他的同事们提出了一个解决问题的办法——copper-free点击化学在活细胞。²基于经典Huisgen环加成反应,巴斯金把炔改版集团在“紧张”cyclooctyne戒指,添加氟原子撤回电子。单击组件上的想法是把张力提高反应活性和不需要催化剂。

2008年,巴斯金和他的同事证明了该方法在活的动物,当他们用它来观看在斑马鱼胚胎细胞和组织形成(必威体育 红利账户,2008年6月,奔跑)。他们通过收购实现荧光标记到糖在鱼的细胞膜糖作为指标的发展过程。

环应变方法很快就被砍伐森林实验室。去年,砍伐森林是发表的一项研究的第一作者自然材料描述一个方法用于创建使用copper-free点击化学水凝胶。³我们与这些化学根end-functionalise聚合物和合成肽,然后我们一起混合聚合物和肽,他们接受这个点击反应负责形成水凝胶,”说,砍伐森林。”,因为我们做过copper-free点击化学,我们可以形成水凝胶的细胞在不牺牲生存能力。比传统方法的优势,他说,是点击反应高产,快速而不形成任何副产品——如果那样,这也有可能有毒的细胞。

模式水凝胶

但这还不是全部。第二次点击反应用于“模式”进入3 d网络生物学功能。远离黄金标准的Huisgen的反应,研究小组采用光致thiol-ene硫醇的反应——除了一个烯烃——允许他们提前任何thiol-containing化合物的选择到水凝胶的主体。因此,通过加入硫醇为胶粘剂分子在特定区域,点亮一盏明灯,让他们能够在附件网站模式细胞和表明,细胞,实际上,附加。很少有技术这种级别的控制,砍伐森林。

这个团队现在正致力于能够模式更多的异国情调的分子如生长因子和多肽可能诱导分化。我们设想,我们将能够封装一个统一的人口干细胞进入我们的水凝胶,然后模式在不同的生长因子诱导不同的血统,”说,砍伐森林。所以我们将能够创建非常复杂的组织如结构空间的控制,分化的干细胞。”

跟踪装置

而砍伐森林试图从头生成组织,点击化学方法跟踪分裂细胞神经生物学家正在开发的自然再生的脑组织。Adrian Meedeniya格里菲斯大学的神经生物学家在布里斯班,澳大利亚,有他的工作基于哈佛大学医学院的一个团队,它使用点击化学方法检测DNA合成发表于2008年。⁴涉及的方法创建一个模拟的包含在DNA核苷-尿苷-炔烃与一个重要的群体,这是暴露在DNA螺旋槽。研究人员“点击”,这与叠氮化荧光成像可以跟踪DNA合成,因此细胞分裂。

Meedeniya认为这工作要“精”。他已经雇佣了5-ethynyl-2吗?脱氧尿苷(Edu)、尿苷类似物来跟踪在胚胎小鼠大脑细胞分裂。虽然到目前为止,他的方法不完全兼容活细胞系统;他说,下一步将把铜从方程。但Edu并在其前任Brdu显著提高,这是由荧光抗体检测。Meedeniya解释说,这种抗体检测DNA必须解压缩,需要一个相当严厉的协议和导致完成概要破坏细胞的分子。换句话说,基因和蛋白质组学的细胞可以用于以后的重要信息丢失。”这是我们的主要障碍,埃杜和点击化学协议我们可以保护分子,“Meedeniya说。我们没有启用它太多甚至解压DNA。 It’s a very quick, easy protocol and a really powerful tool for looking at dividing cells.’

如此强大,Meedinya正在使用Edu的一系列研究,试图解开方面的各种疾病。一些关注神经退行性疾病,如帕金森症,当一个旨在揭示多形性成胶质细胞瘤的机制,调节细胞分裂,最激进的脑癌。他还帮助开发点击化学产品,将函数作为标准化验和可能是宝贵的在干细胞和癌症的研究。(点击它几个产品已经销售到加州,美国生物技术公司,生活技术。)

房间的更多

但太多的化学家和生物学家仍然坚持Huisgen的反应吗?毕竟,它是庆祝今年的50岁生日。我认为有很多其他(点击)反应,”说,砍伐森林。的绝对空间寻求更多的生物兼容的点击反应,这是肯定的。理论上,他补充说,点击反应应该是另一个正交,意义一个反应可以在执行其他功能没有发生副反应。所以发现更多的点击反应可能意味着获得更多的控制系统还提供多种染色范围,允许研究人员追踪细胞在同一时间的不同人群。

至于沙普利斯的原始意图开发容易做毒品,几家公司已经传言在点击产品,包括Intezyne在佛罗里达州。公司使用单击方法修改抗癌药物,这样他们可以更好的针对肿瘤。与此同时,新加坡国立大学一群由邵姚明采用点击化学技术来快速合成抑制剂对酶被认为是参与慢性粒细胞性白血病和疟疾药物来帮助识别目标(见p38盒)。不断增长的点击化学和生物兼容性表明其潜力大于沙普利斯,当然Huisgen,已经猜到了。

海莉桦树位于布里斯托尔的科学作家,英国