将用于遗传密码重编程的化学底物扩展至包括长链碳和环状氨基酸制造技术

公开了用于合成序列确定的聚合物的方法、系统、组分和组合物。所述方法、系统、组分和组合物可以用于将包括非标准氨基酸单体和非氨基酸单体的新底物掺入序列确定的聚合物中。如本文公开的，所述新底物可以用于通过flexizyme催化的反应而酰化tRNA。如此用新底物酰化的tRNA可以用在合成平台中用于将新底物掺入序列确定的聚合物中。物掺入序列确定的聚合物中。物掺入序列确定的聚合物中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】将用于遗传密码重编程的化学底物扩展至包括长链碳和环状氨基酸
[0001]关于联邦资助研究或开发的声明
[0002]本专利技术在陆军研究办公室(Army Research Office)颁布的W911NF
‑
16
‑1‑
0372下在政府支持下完成。政府具有本专利技术的某些权利。
[0003]对相关专利申请的交叉引用
[0004]本申请要求2020年2月14日提交的美国临时申请第62/976,672号和2020年3月27日提交的美国临时申请第63/001,165号在美国法典第119(e)条下的优先权的权益，其内容通过引用整体并入本文。
[0005]背景
[0006]专利
涉及用于制备序列确定的聚合物的组分和方法。具体地，专利
涉及用于遗传密码重编程和flexizyme催化的酰化反应中的组分和方法。
[0007]通过遗传密码重编程将非经典(non
‑
canonical)氨基酸位点特异性掺入到多肽中是用于制备超出自然限制的生物基产品的有效方法。虽然在核糖体介导的聚合中可以使用多种化学底物，但使用遗传密码重编程方法，flexizyme(Fx)介导的tRNA装载和具有长碳链和环状结构的氨基酸类似物向基于序列的聚合物中的掺入仍然是不可及的。
[0008]在这里，我们展示了使用野生型和经工程改造的核糖体制备新的β
‑
氨基酸底物并在体外位点特异性掺入基于序列的聚合物中。为了实现该目的，我们合成了新的β
‑
氨基底物，其可以在优化的反应条件下酰化到tRNA上，并且这些酰化的底物可以使用体外翻译掺入核糖体肽中。我们的工作扩大了化学底物的范围，并证明了这样的底物可以用经工程改造的体外翻译设备掺入肽中。

技术实现思路

[0009]公开了用于合成序列确定的聚合物的方法、系统、组分和组合物。所述方法、系统、组分和组合物可以用于将包括非标准氨基酸单体和非氨基酸单体的新底物掺入序列确定的聚合物中。如本文公开的，所述新底物可以用于通过flexizyme催化的反应对tRNA进行酰化。因此用新底物酰化的tRNA可以用于合成平台中以将新底物掺入序列确定的聚合物中。
[0010]本文中公开的组分包括酰化的tRNA分子和用于制备酰化的tRNA分子的供体分子，其中所述酰化的tRNA分子和所述供体分子包含可以掺入序列确定的聚合物中的单体。公开的酰化的tRNA分子被存在于供体分子中且可以在本文中称作“R”的部分酰化。
[0011]公开的酰化的tRNA分子可以定义为具有下式：
[0012][0013]其中：
[0014]tRNA是转移RNA(即，tRNA在C3羟基基团处被R
‑
C(O)
‑
酰化)；且
[0015]R包含氨基酸部分，例如但不限于α
‑
氨基酸部分、β
‑
氨基酸部分、γ
‑
氨基酸部分、
δ
‑
氨基酸部分、ε
‑
氨基酸部分或更长链氨基酸部分。R也包含例如但不限于环状氨基酸部分的氨基酸部分，所述氨基酸部分例如包含在β位的氨基酸。
[0016]在某些实施方案中，R选自：任选地被氨基取代的烷基；环烷基，杂环烷基；(杂环烷基)烷基；烯基；氰基烷基；氨基烷基；氨基烯基；羧基烷基；烷基羧基烷基酯；卤代烷基；硝基烷基；芳基；杂芳基；(芳基)烷基；(杂芳基)烷基；或(芳基)烯基；其中所述环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、(芳基)烷基、(杂芳基)烷基或(芳基)烯基任选地被一个或多个取代基取代，所述取代基选自烷基、羟基、羟基烷基、氨基、氨基烷基、叠氮基、氰基、乙酰基、硝基、硝基烷基、卤素、烷氧基、甲酰基、氧代和炔基。
[0017]在其它实施方案中，R具有下式：
[0018][0019]其中：
[0020]n是0
‑
6；
[0021]R1或R2选自：氢，任选地被氨基取代的烷基；环烷基；杂环烷基；(杂环烷基)烷基；烯基；氰基烷基；氨基烷基；氨基烯基；羧基烷基；烷基羧基烷基酯；卤代烷基；硝基烷基；芳基；杂芳基；(芳基)烷基；杂芳基(烷基)；或(芳基)烯基；其中所述芳基或所述杂芳基任选地被一个或多个取代基取代，所述取代基选自烷基、羟基、羟基烷基、氨基、氨基烷基、叠氮基、氰基、乙酰基、硝基、硝基烷基、卤素、烷氧基、甲酰基和炔基；或
[0022]R1和R2一起形成碳环，任选3元、4元、5元、6元、7元或8元碳环，其任选地被一个或多个取代基取代，所述取代基选自羟基、羟基烷基、氨基、氨基烷基、叠氮基、氰基、乙酰基、硝基、硝基烷基、卤素、烷氧基和炔基。
[0023]在某些实施方案中，公开的酰化的tRNA分子可以具有下式：
[0024][0025]在某些实施方案中，公开的酰化的tRNA分子可以具有下式：
[0026][0027]在某些实施方案中，公开的酰化的tRNA分子可以具有下式：
[0028][0029]其中X是(CH2)
m
且m是1
‑
6，例如，即，其中R1和R2一起形成3元、4元、5元、6元、7元或8元碳环。
[0030]通过在flexizyme(Fx)存在下使tRNA分子和供体分子反应，可以制备公开的酰化的tRNA分子。所述方法可以包括在反应混合物中使以下物质反应：(i)flexizyme(Fx)；(ii)tRNA分子；和(ii)具有下式的供体分子：
[0031][0032]其中：
[0033]R是如上定义的部分；
[0034]LG是离去基团；且
[0035]X是O或S。
[0036]在所述制备方法中，Fx催化tRNA分子和供体分子之间的酰化反应以制备酰化的tRNA分子。
[0037]本文中也公开了具有下式的供体分子：
[0038][0039]其中：
[0040]R是如上定义的部分；
[0041]LG是离去基团；且
[0042]X是O或S。
[0043]供体分子的合适离去基团(LG)可以包括但不限于离去基团(LG)诸如具有下式的二硝基苄基和4
‑
((2
‑
氨基乙基)氨甲酰基)苄基：
[0044][0045]公开的方法、系统、组分和组合物可以用于在体外和/或在体内制备序列确定的聚合物。在某些实施方案中，可以在无细胞合成系统中进行公开的方法以制备序列确定的聚合物，其中通过翻译mRNA来制备所述序列确定的聚合物，所述mRNA包含与酰化的tRNA分子
的反密码子对应的密码子。在公开的方法中，酰化的tRNA分子的R基团在mRNA的翻译过程中掺入序列确定的聚合物中。可以进行公开的方法以便制备聚合物，其选自但不限于聚烯烃聚合物、芳族聚酰胺聚合物、聚氨酯聚合物、聚酮聚合物、共轭聚合物、D
‑
氨基酸聚合物、β
‑
氨基酸聚合物、γ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.具有如下定义的式的酰化的tRNA分子：其中：tRNA是通过3'末端核糖核苷酸连接的转移RNA；且R具有下式：其中：n是0
‑
6；R1或R2选自：氢，任选地被氨基取代的烷基；杂环烷基；(杂环烷基)烷基；烯基；氰基烷基；氨基烷基；氨基烯基；羧基烷基；烷基羧基烷基酯；卤代烷基；硝基烷基；芳基；杂芳基；(芳基)烷基；(杂)烷基)；或(芳基)烯基；其中所述芳基、杂芳基、(芳基)烷基、(杂芳基)烷基或(芳基)烯基任选地被一个或多个取代基取代，所述取代基选自烷基、羟基、羟基烷基、氨基、氨基烷基、叠氮基、氰基、乙酰基、硝基、硝基烷基、卤素、烷氧基和炔基；或R1和R2一起形成碳环，任选3元、4元、5元、6元、7元或8元碳环，所述碳环任选地被一个或多个取代基取代，所述取代基选自烷基、羟基、羟基烷基、氨基、氨基烷基、叠氮基、氰基、乙酰基、硝基、硝基烷基、卤素、烷氧基和炔基。2.根据权利要求1所述的分子，其中R1或R2是被取代的(芳基)烷基或(杂芳基)烷基，其任选地选自3,4
‑
二羟基苯基
‑
甲基、吡咯
‑2‑
基
‑
甲基和4
‑
氨基
‑
苯基
‑
甲基。3.根据权利要求1所述的分子，其中R1或R2是被取代的苯基，其任选地选自4
‑
硝基苯基、4
‑
氰基苯基、4
‑
叠氮基苯基、3
‑
乙酰基苯基、4
‑
硝基甲基苯基、2
‑
氟苯基、4
‑
甲氧基苯基、3
‑
羟基
‑4‑
硝基苯基、3
‑
氨基
‑4‑
硝基苯基和3
‑
硝基
‑4‑
氨基苯基。4.根据权利要求1所述的分子，其中R1或R2是杂芳基或被取代的杂芳基，其任选地选自吡啶基、氟吡啶基、香豆素基、吡咯基、噻吩
‑2‑
基和5
‑
氨基甲基
‑
呋喃
‑3‑
基。5.根据权利要求1所述的分子，其中R1或R2包含伯胺基团或仲胺基团，任选地其中R1或R2选自3
‑
氨基丙基、4
‑
氨基丁基、5
‑
氨基丁基、1,1
‑
二甲基
‑3‑
氨基丙烷基、3
‑
甲基氨基
‑
丙烷基、6
‑
氨基己基、3
‑
氨基
‑1‑
丙烯基、2
‑
氨基环丁基、2
‑
氨基环戊基和2
‑
氨基环己基。6.根据权利要求1所述的分子，其中R1或R2包含任选地被氨基取代的环烷基基团。7.根据权利要求1所述的分子，其中R1或R2包含环状仲胺诸如哌啶基或哌嗪基，且R任选地选自哌啶
‑4‑
基、(哌啶
‑4‑
基)甲基、哌嗪
‑4‑
基和(哌嗪
‑4‑
基)甲基。8.根据权利要求1所述的分子，其中R1或R2选自烷基、烯基、氰基烷基和烷基羧基烷基酯。9.具有下式的根据权利要求1所述的分子：
10.具有下式的根据权利要求1所述的分子：11.具有下式的根据权利要求1所述的分子：其中X是(CH2)
m
且m选自1
‑
6。12.一种用于制备序列确定的聚合物的方法，其中通过翻译mRNA来制备所述序列确定的聚合物，所述mRNA包含与前述权利要求中的任一项的酰化的tRNA分子的反密码子对应的密码子，且酰化的tRNA分子的R基团在m...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：伊利诺伊大学董事会，
类型：发明
国别省市：