概述
(2R,4S)-4-羥基吡咯烷-2-羧酸又名反式-4-羥基-D-脯氨酸，化學(xué)式為C5H9NO3，分子量為131.13，常溫常壓下穩(wěn)定，表現(xiàn)為白色或類白色粉末。(2R,4S)-4-羥基吡咯烷-2-羧酸的熔點(diǎn)為260°C，折射率1.54。(2R,4S)-4-羥基吡咯烷-2-羧酸是一種不可切割的ADC連接物，用于合成抗體藥物結(jié)合物(ADC)；還是一種基于烷基鏈的PROTAC連接劑，可用于合成PR。
體外研究
ADC由抗體組成，抗體通過(2R,4S)-4-羥基吡咯烷-2-羧酸連接ADC細(xì)胞毒素[1]。PROTAC包含兩個(gè)不同的配體，通過(2R,4S)-4-羥基吡咯烷-2-羧酸連接，一個(gè)是E3泛素連接酶的配體，另一個(gè)是靶蛋白的配體。PROTAC利用細(xì)胞內(nèi)泛素-蛋白酶體系統(tǒng)選擇性降解目標(biāo)蛋白質(zhì)[2]。
應(yīng)用與制備
(2R,4S)-4-羥基吡咯烷-2-羧酸是一種重要的氨基酸，廣泛應(yīng)用于生物化學(xué)，食品，化妝品及醫(yī)藥中間體等領(lǐng)域。
(2R,4S)-4-羥基吡咯烷-2-羧酸的生產(chǎn)方法有三種，即水解法、化學(xué)合成法以及微生物法。水解法是指通過酸、堿或者酶處理后，從富含羥脯氨酸的動(dòng)物骨膠及明膠中提取?；瘜W(xué)法則存在成本較高、使用有毒催化劑等缺點(diǎn)。二者均對(duì)環(huán)境造成極大污染。微生物發(fā)酵法即在生物細(xì)胞體內(nèi)，利用脯氨酸-4-羥化酶的立體專一性，以游離的L-脯氨酸為底物完成對(duì)目標(biāo)化合物的制備。微生物法與水解法和化學(xué)法相比，有著天然的優(yōu)勢(shì)。例如，由于脯氨酸-4-羥化酶具有高度立體選擇性，因此產(chǎn)物為高純度產(chǎn)物，且不會(huì)產(chǎn)生順式羥脯氨酸副產(chǎn)物。再者，在微生物體內(nèi)環(huán)境較為穩(wěn)定，酶活力能夠保持較高水平。更重要的是，利用微生物法生產(chǎn)(2R,4S)-4-羥基吡咯烷-2-羧酸原料簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境污染小。因此，利用微生物法將逐步替代其它方法。饒志明教授團(tuán)隊(duì)[3]以(2R,4S)-4-羥基吡咯烷-2-羧酸為研究目標(biāo)，提出了一種通用的微生物高效合成羥化氨基酸策略。首先利用稀有密碼子篩選和代謝工程改造策略有效提升底盤合成前體脯氨酸性能，其次利用基于群體感應(yīng)調(diào)控線路，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)酮戊二酸脫氫酶活性，補(bǔ)充共底物酮戊二酸。最后，通過基因挖掘并結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬Gromacs和Rosetta等工具改造脯氨酸羥化酶活性，增加其轉(zhuǎn)化效率。最終目標(biāo)化合物的產(chǎn)量為54.8g/L，為目前報(bào)道最高水平之一。該研究為微生物高效合成羥基化高值氨基酸提供重要借鑒。
參考文獻(xiàn)
[1]Beck A, et al. Strategies and challenges for the next generation of antibody-drug conjugates. Nat Rev Drug Discov. 2017;16(5):315-337.
[2]Nalawansha DA, et al. PROTACs: An Emerging Therapeutic Modality in Precision Medicine. Cell Chem Biol. 2020;27(8):998-985.
[3]Significantly enhancing production of trans-4-hydroxy-L-proline by
integrated system engineering in Escherichia coli.Science.
ASci. Adv. DOI:
10.1126/sciadv.aba2383.