Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

60
Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań terapeutycznych mRNA Jacek Jemielity LABORATORIUM CHEMII BIOORGANICZNEJ IGIB, Uniwersytet Warszawski Warszawa, 18 stycznia 2019 Centrum Nowych Technologii Zakład Biofizyki, Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski

Transcript of Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Page 1: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań terapeutycznych

mRNA

Jacek Jemie l i ty

LABORATORIUM CHEMII BIOORGANICZNEJ

IGIB, Uniwersytet Warszawski

Warszawa, 18 stycznia 2019

Centrum Nowych Technologii Zakład Biofizyki, Wydział Fizyki

Uniwersytet Warszawski

Page 2: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

MNOGOŚĆ FUNKCJIMNOGOŚĆ ZASTOSOWAŃ

Page 3: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Temat 1 Reagenty do modyfikacji

RNA – terapia genowa

Nukleotydowe sondy

molekularne i znakowanie

Metody screeningowe

inhibitorów i analiza

metabolitów

Nowe

metody

syntezy

Analogi nukleotydów

modyfikowane w mostku

fosforanowym

Rydzik et al. Nucl. Acids Res. (2017)Wojtczak et al. RSC Adv. (2016) Zytek et al. OBC (2014)Warminski et al. Top. Curr. Chem. (2017)

Biokoniugacja nukleotydów

z makrocząsteczkami i

nanomateriałami

Mamot et al. Angewandte Chem. (2017)Warminski et al. Bioconjugate Chem. (2017)Jemielity et al. OBC (2012)Ziemniak et al. RSC Adv. (2013)Wanat et al. Chem. Comm.

Zochowska et al. Nanomedicine: NBM, (2015)Kijewska et al. Biomacromol. (2013)Szczepaniak et al. RNA (2012)

Baranowski, Nowicka et al. OBC (2016)Strzelecka et al. Sci. Reports (2017)Baranowski et al. JOC (2015)Kasprzyk et al. OBC (2016)

Walczak et al. Chemical Science (2017) Strenkowska et al. Nucl. Acids Res. (2016)Kowalska et al. Nucl. Acids Res. (2014)Nowakowska et al. OBC (2014)Patenty US i inne kraje

Warminski et al. Org. Lett. (2017)Wanat et al. Org. Lett. (2015) Strenkowska et al. Org. Lett. (2012)Warminski et al. EurJOC (2016)

Badania białek metabolizmu

nukleotydów i RNAProjektowanie i

optymalizacja inhibitorów

Ziemniak et al. BMC (2015)Ziemniak et al RNA (2016)Kozarski et al. BMC (2018)Wojtczak et al. JACS (2018)

Mugridge et al. Nature Struct. Mol. Biol. (2016)Mugridge et al. Nature Comm. (2018)Essig et al. Nature Comm. (2018)

Page 4: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Cechy charakterystyczne, niezwykłe dla kwasów nukleinowych, kluczowe dla specyficznego rozpoznania przez białka:

Ujemnie naładowany mostek 5’,5’-trifosforanowy : oddziaływania elektrostatyczne i wiąz. wodorowe

Dodatnio naładowana zasada nukleinowa (7-metylguanina): kation-π staking

7-metylguanozyna

mostek 5’,5’-trifosforanowy

transkrypt mRNA

Page 5: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Jemielity J. et al. New J. Chem. 34, 829-844 (2010)

Page 6: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

DNA

replikacja

Białkotranskrypcja, eksport translacja

Funkcje organizmu: składniki

budulcowe, kataliza, transport,

sygnalizacja i wiele innychnośnika informacji genetycznej

mRNA

• nie ma niebezpieczeństwa mutacji, gdyż nie następuje integracja z genomem

• translacja mRNA zachodzi w cytoplazmie – błona komórkowa jest jedyną barierą do pokonania

• mniej immunogenne (w przeciwieństwie do DNA nie powoduje niespecyficznej aktywacji układu odpornościowego)

• efekt jest przejściowy

• znacznie mniejsza trwałość w warunkach komórkowych niż DNA

• otrzymywanie mRNA – transkrypcja in vitro

„przepis” na białko

GEN (cDNA)

GEN (cDNA)

GEN (mRNA)

Page 7: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...
Page 8: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...
Page 9: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Komórkazdrowa

Komórkarakowa

1. Komórki rakowe „prezentują” na swojej powierzchnispecyficzne białka

2. Takie specyficzne białko może być „znakiem rozpoznawczym” (antygenem) dla układu odpornościowego

3. Znając „przepis” na to białko (antygen), syntetyzuje się mRNAkodujące go

4. mRNA wstrzykuje się do węzłów chłonnych. Komórki dendrytyczne produkują atygen na bazie mRNA i uczą limfocyty T go rozpoznawać.

5. „Wyszkolone” limfocyty T rozpoznają i niszczą komórki rakowe

mRNA

Page 10: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Przeszczep autologiczny

Wybór antygenui synteza mRNA ANTYGEN

Pobranie iDC

Wstrzyknięcie mRNA

Odpowiedź swoista

Transfekcja ex vivo

Ekspresja mRNA i dojrzewanie

Page 11: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

około 2000 nukleotydów

Kap

Pozostała część cząsteczki mRNA

• Degradacja mRNA rozpoczyna się od odłączenia kapu przez specyficzny enzym Dcp2/Dcp1

koniec 5’

koniec 3’

• Inicjacja biosyntezy białka zaczyna się od rozpoznania kapu przez eIF4E

Page 12: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

RNA

RNA

Dcp1/2

Dcp1/2

Xrn1

Rozwiązanie: analogi kapu modyfikowane w mostku trifosforanowym

RNA

Miejsce cięcia przez Dcp2Zwiększona odporność na Dcp1/2 = Zwiększony czas życia mRNA in vivo

Zwiększone powinowactwo do eIF4E = Zwiększona szybkość inicjacji translacji, bardziej konkurencyjne terapeutyczne mRNA niż endogenne RNA in vivo

terapeutyczne

endogenne

endogenneterapeutyczne

endogenne

eIF4E

eIF4E

eIF4E

Page 13: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

OO CH2PO

OPO

O

O OPO

Se

O OPO

BH3

Tetrahedron Lett. 2005Bioorg. Med. Chem. 2006Org. Biomol. Chem. 2009RNA 2012Bioorg. Med. Chem. 2015

ChemBioChem 2009US Patent 2013

Nucl. Acids Res. 2014US Patent 2013

Przegląd modyfikacji mostka oligofosforanowego. New J. Chem. 2010Topics in Current Chemistry 2017

Bioorg. Med. Chem. 2012

Zastosowania:J. Biol. Chem. 2006RNA 2007Mol Cell 2008Mol Cell 2009RNA 2009Gene Ther 2010FEBS J 2010RNA 2011RNA 2012RNA 2013FEBS J 2013Nanomedicine: NBM 2014RNA 2016NSMB 2016

RNA 2003Biochemistry 2004

Tet. Lett. 2007Bioorg. Med. Chem. 2009RNA 2008US Patent 2012

J. Org. Chem. 2015Zgłoszenie patentowe 2014

Nucl. Acids Res. 2016

Nucl. Acids Res. 2017

Page 14: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Warminski. et al. Topics in Current Chemistry DOI: 10.1007/s41061-017-0106-y (2017)

Page 15: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Poprawa właściwości biologicznych:• Zwiększone powinowactwo do czynnika inicjującego translację, eIF4E (2-4x)• Odporność na enzym Dcp2 odpowiedzialny za odcinanie kapu z końca 5’

mRNA• Zwiększony czas półtrwania mRNA in vivo (3x)• Zwiększona efektywność translacji w komórkach (5x)= Wysoka wydajność biosyntezy białka in vivo

Kowalska J., et al. RNA 14, 1119-1131 (2008)Grudzień-Nogalska et al. RNA 13, 1745 - 1755 (2007)Jemielity et al. US Patent 2012, Kowalska et al. US Patent 2013 i patenty w innych krajach

RNAβ-S-ARCA (D1 and D2)

*JoannaKOWALSKA

Page 16: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Współpraca: M Nowotny, IIMCB, Warszawa

Warmiński, et al. w przygotowaniu

D1D2

m7GpppG

KAS [µM-1]

43.1 ± 1.419.3 ± 2.2

9.4 ± 0.4Centrum stereogeniczne

*

Lys162 Lys162

Arg 157 Arg 157

(R)-β-S-ARCA D1 (S)-β-S-ARCA D2

Z czego wynika stabilizacja kompleksu eIF4E – β-S-ARCA?

Page 17: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

mRNA kodujące lucyferazę –

wstrzyknięcie do węzła chłonnego

9 myszy

b-S-ARCA (D1)

LUC

Kuhn A., et al. Gene Therapy 17, 961-971 (2010).

Page 18: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

ARCA b-S-ARCA (D1)

ARCA b-S-ARCA (D1)ARCAb-S-ARCA (D1)

krew

krew

śledziona

śledziona

SIINFEKL-specyficzne komórki T CD8+

Immunizacja: dzień 0 i 3wyznaczanie liczby limfocytów T: dzień 8 5 myszy

SIINFEKL

Efekt w niedojrzałych komórkach dendrytycznych:

3-krotny wzrost specyficznej aktywacji limfocytów T u myszy – po dowęzłowym wstrzyknięciu mRNA kodującego antygen (β-S-ARCA D1 vs ARCA)

Kuhn A., et al. Gene Therapy 17, 961-971 (2010).

Page 19: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Zmiana 1 z 80 tysięcy atomów w mRNA…

…zbliża nas do terapii genowej opartej na mRNA

*

Jeśli mRNA jest zrobione z a kap reprezentuje i zawiera jeden atom siarki to:

Page 20: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

2012-2017: Cztery badania kliniczne nad szczepionką przeciw czerniakowi złośliwemu i rakowi piersi, szczepionki przeciw innym nowotworom w trakcie przygotowań (BioNTech, Mainz, Germany)

XI 2015: Porozumienie o współpracy BioNTech –SANOFI (sublicencja β-S-ARCA). 60 M$ 300M$

IX 2016: Porozumienie o współpracy BioNTech –Genentech/Roche (sublicencja β-S-ARCA). 310M$

XII 2017: Genentech/Roche we współpracy z BioNTechrozpoczynają badania kliniczne nad spersonalizowanymi szczepionkami przeciwnowotworowymi

Page 21: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

PCV – Personalized Cancer Vaccine, antygen ustalany na podstawie badań genetycznych komórek zdrowych i nowotworowych danego pacjenta.

572 pacjentów w 38 ośrodkach w Stanach Zjednoczonych, Kanadzie oraz Europie:USA – 18, Kanada – 2, Belgia – 3, Niemcy – 5, Holandia – 3, Hiszpania – 2, Wielka Brytania –3, Szwecja - 2

Melanoma (czerniak złośliwy)

Renal Cancer (rak nerki)

Non-Small Cell Lung Cancer (niedrobnokomórkowy rak płuc)

Bladder Cancer (rak pęcherza moczowego)

Colorectal Cancer (rak jelita grubego)

Triple Negative Breast Cancer (potrójnie ujemny rak piersi)

Head and Neck Cancer (nowotwory głowy i szyi)

Other Solid Cancers (inne nowotwory lite)

Page 22: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Choroby nowotworowe: immunoterapie oparte na komórkach dendrytycznych

Suplementacja białek i peptydów

Dostarczanie antygenów

Choroby genetyczne, zaburzenia metaboliczne

Medycyna regeneracyjna-dostarczanie czynników wzrostu (m.in. w chorobach sercowo naczyniowych)-generowanie i modyfikacje komórek macierzystychSzczepionki przeciw

chorobom zakaźnym

Dostarczanie nukleaz

Edycja genów metodą CRISPR/Cas9

Page 23: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

„Messenger RNA Therapeutics™ can be developed and tested in just a few weeks, enabling an expedited process from concept to first-in-man studies on the order of less than one year. All messenger RNA Therapeutics™ are made using the same reagents in the same cell-free production process, enabling rapid, cost-effective GMP manufacturing. This is possible given the chemical similarities between all messenger RNAs, which vary only in their RNA sequence.”

Page 24: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Czy coś można ulepszyć?

Z w i ę k s z y ć ko n k u r e n c y j n o ś ć v s n a t u r a l n e m R N A b e z u t r a t y o d p o r n o ś c i n a e n z y m D c p 2 ( n o w e m o d y f i k a c j e o r a z p o z n a w a n i e s t r u k t u r ko m p l e k s ó w b i a ł ko - k a p ) .

J e s z c z e b a r d z i e j z w i ę k s z y ć t r w a ł o ś ć k a p u ( n o w e m o d y f i k a c j e o r a z p o z n a w a n i e s t r u k t u r ko m p l e k s ó w b i a ł ko -k a p ) .

Z w i ę k s z y ć t r w a ł o ś ć ko ń c a 3 ’ m R N A

W p ł y w a ć n a i m m u n o g e n n o ś ć m R N A

P o p r a w i e n i e i u p r o s z c z e n i e p r o d u k c j i m R N A ( c h e m i c z n yc a p p i n g m R N A )

Z a h a m o w a ć o d c i n a n i e ka p u ( m a ł o c z ą s t e c z ko w e i n h i b i t o r y )

L e p i e j z r o z u m i e ć c o s i ę d z i e j e z m R N A w ko m ó r c e i p o z a n i ą ( m R N A z n a ko w a n e , f o t o z s z y w a l n e )

Ef e k t y w n i e j d o s t a r c z a ć m R N A d o ko m ó r k i

Page 25: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Ditiofosforanowe analogi kapu – biją

rekordy, ale…

Powinowactwo do eIF4E

2003 2010

Analogi kapu z modyfikacją bis(tiofosforanową)

wydajność ekspresji mRNA w niedojrzałych ludzkich komórkach dendrytycznych (hiDCs).

Współpraca: U. Sahin (Mainz, Niemcy)

Strenkowska et al. Nucleic Acids Res. 44, 9578-9590 (2016)

MalwinaSTRENKOWSKA

KatarzynaWNĘK

JoannaKOWALSKA

Page 26: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Równie skuteczne lecz prostsze w produkcji (brak centrum stereogenicznego)

B. Wojtczak, P. Sikorski et al. JACS 140, 5987-5999 (2018)

Page 27: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Równie skuteczne lecz prostsze w produkcji (brak centrum stereogenicznego)

B. Wojtczak, P. Sikorski et al. JACS 140, 5987-5999 (2018)

Dwa stereoizomery Brak izomerów

Odporne na nukleazy

PS versus PSL w DNA

Page 28: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

B. Wojtczak, P. Sikorski et al. JACS 140, 5987-5999 (2018)

7

• Ekspresja białek w komórkach z mRNA zawierającym analog 7 jest porównywalna z mRNA zawierającym β-S-ARCA

• ale bez stereoizomerów

Page 29: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

J. Mugridge et al. Nature Struct. Mol. Biol. 23, 987–994 (2016)

Współpraca z John G. Gross (UCSF, San Francisco, USA)

Page 30: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

J. Mugridge et al. Nature Struct. Mol. Biol. 23, 987–994 (2016)

Page 31: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

mRNA with cap1, cap2, m6A and othermodifications

NAD-capped RNA

…more tools for exploring mRNA biology

Warmiński, Sikorski et al., unpublished

A. Mlynarska-Cieslak, A.Depaix et al. Org. Lett., 2018, 20, pp7650–7655

Page 32: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Znakowanie

Page 33: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

cap

labelled mRNA

Znakowanie ko-transkrypcyjne i post-transkrypcyjne

Dwie startegie znakowania mRNA

Page 34: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

cap

labelled cap

labelled mRNA

Strategies for 5’ mRNA cap labelling

Co-transcriptionallabelling

Dwie startegie znakowania mRNA

Page 35: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

cap

labelled mRNA

mRNA

Strategies for 5’ mRNA cap labelling

Post-transcriptionallabelling

Dwie startegie znakowania mRNA

Page 36: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

cap

labelled mRNA

mRNA

Strategies for 5’ mRNA cap labelling

Post-transcriptionallabelling

labelled cap

Co-transcriptionallabelling

Dwie startegie znakowania mRNA

Page 37: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

NHS chemistry ”click” chemistry

+ NHS activated labelcap analogue with linker terminated with amino group

+ DIBAC labelcap analogue with linkerterminated with azide group

Carboxylic acids of labels can be easilyconverted into NHS esters using in situactivation.

Allows for bioorthogonal labelling.

Krok 1: Wybór strategii chemicznej

Jemielity et al. Organic & Biomolecular Chemistry 10, 8570–8574 (2012)

Page 38: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...
Page 39: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

+ 2’ isomer

Mamot et al. Angewandte Chemie Int. Ed. 56, 15628–15632 (2017)

Page 40: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

• Lokalizują się w cytoplazmie • Ulegają translacji

Transfected HeLa cells

Mamot et al. Angewandte Chemie Int. Ed. 56,15628–15632 (2017)

Page 41: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

mRNAtransfection

N3

visualization

Cy5

in celllabelling

HoechstCy5 Merge

9d-R

NAlu

cAR

CA-R

NAlu

cm

ock

N3

Mamot et al. Angewandte Chemie Int. Ed. 56,15628–15632 (2017)

Page 42: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Perspektywy na przyszłość

• Monitorowanie decappingu w P-bodies

• Badanie lokalizacji i transportu mRNA w zależności od sekwencji i wprowadzonych modyfikacji strukturalnych (fluorescencja pojedynczych molekuł

• Badanie cyrkularyzacji mRNA (w połączeniu ze znakowaniem końca 3’)

• Znakowanie mRNA w żywych komórkach w czasie rzeczywistym przy użyciu sond fluorogenicznych

Page 43: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Koniugaty

Page 44: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

• Synthesis of affinity resins for purification of cap-related proteins, includingdecapping enzyme DcpS

Szczepaniak S. A. , Zuberek J., Darzynkiewicz E., Kufel J., Jemielity J., RNA18, 1421-1432 (2012).

Żywice powinowactwa

Page 45: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

UV-VIS

Cap analog for AuNP decoration

Gold nanoparticles decorated with nucleotides: towards theranostic applications

AuNP synthesis

Goal: Biosensor for cap-binding proteins(molecular markers)

Perzanowska, et al. unpublished

Page 46: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

0

20

40

60

80

100

120

140

160

% C

on

tro

l

Tumor size (HCC rat model)

Dd

Dd-cap

anti-Dd anti-cap

Immunodetection

Zochowska et al. Nanomedicine: NMB 11, 67-76 (2015)

1/5x1x1x1x

40% tumor size reductionCollaboration: J. Chroboczek, La Tronche, France

Dostarczanie do komórek – koniugatydodekahedron - kap

Page 47: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Sztuczny kap

Page 48: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

P. Wanat et al. Org. Lett. 17, 3062-3065 (2015)

1. Synteza nukleotydów modyfikowanych w łańcuchu fosforanowym grupą alkinową

m= 0, 1, 2

MgCl2, DMF0,5 h

2. Wykorzystanie modyfikowanych nukleotydów w reakcji CuAAC

Cu+

1h

mm

• 15 przykładów• Wydajności 72 – 100 %• Czas reakcji:0,5 – 2 h

n= 0, 1

JoannaKOWALSKA

BłażejWOJTCZAK

PrzemysławWANAT

SylwiaWALCZAK

Nowe reagnety do modyfikacji mostka trifosfornaowego

Page 49: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Czy triazol w łańcuchu oligofosoranowym będzie

zaburzał inicjację translacji? Czy możliwe będzie tworzenie

kapu w reakcji „click”?Optymalizowane parametry:

• Pozycja reszty triazolowej• Orientacja grupy triazolowej

• Długość łańcucha fosforanowego (2-4)

• Długość linkera (0-2)• Atom łącznikowy (O, N, S, C)

S. Walczak et al. Chemical Science 8, 260 - 267 (2017)

JoannaKOWALSKA

KajaFAC

SylwiaWALCZAK

PrzemysławWANAT

Uzyskiwanie kapowanych mRNA inaczej:chemiczny „capping”

Page 50: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

JoannaKOWALSKA

AnnaNOWICKA

SylwiaWALCZAK

DorotaKUBACKA

S. Walczak et al. Chemical Science 8, 260 - 267 (2017)

Wydajność translacji jak dla naturalnie kapowanych mRNA

Page 51: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Synteza sond molekularnych:nukleotydy „dwuklikalne”

Page 52: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Synteza nukleotydów z dwoma klikalnymi podstawnikami

precipitation

Step 1

Base: A, C, G, m7G

CH3I

X: none, CH2, OCH2,

Warminski et al. Eur. J. Org. Chem, 2015 (28), 6153-6169Wanat et al. Chemical Communications 54 (2018) 9773-9776

di- and teraphosphates also available

Step 2

IE chromatography /RP HPLC

Overall yield from NDP 40-80%

PrzemysławWANAT

JoannaKOWALSKA

MichałKOPCIAŁ

Page 53: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Sondy ekscymerowe: synteza przez CuAAC

0 5 1 0 1 5 2 0

0

5 0 0

1 0 0 0

1 5 0 0

re te n tio n t im e / m in

Ab

sro

ba

nc

e @

25

4 n

m

ATP-alkyne2Py-N3

ATP-Py2

m/z 1442m/z 609

2 hCu

3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0

0

5 0

1 0 0

1 5 0

w a v e l e n g t h ( n m )

Fl

uo

re

sc

en

ce

i

nt

.

3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0

0

5 0

1 0 0

1 5 0

w a v e l e n g t h ( n m )

Fl

uo

re

sc

en

ce

i

nt

.

PrzemysławWANAT

JoannaKOWALSKA

Wanat et al. Chemical Communications 54 (2018) 9773-9776

Page 54: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

0 35 55 120 min

0 20 40 60 80 100 1200.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Em = 490 nm Em = 397 nm

Nor

mal

ized

Inte

nsity

Time (min)

1 μM ATP-Py2, 37 oC100 mM Tris-CH3COOH pH 85 mM MgCl2

Monitorowanie hydrolizy enzymatycznej ATP-Py2

SVPDE

LC/MS/MS

PrzemysławWANAT

JoannaKOWALSKA

MichałKOPCIAŁ

RenataKASPRZYK

Wanat et al. Chemical Communications 54 (2018) 9773-9776

Page 55: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Zastosowania ekscymerowych sond nukleotydowych

(2)

(1) Flu

ore

scen

ce[A

.U.]

ATP-Py2 + SVPD m7GTP-PEP2 + hDcpS

a)

d)

c)b)

Excimer fluorescence Monomer fluorescence

e)

Base X TAG

6f A OCH2 Py6i A OCH2 PEP7b m7G CH2 Py

6i6f7a I2

enzyme

• monitoring enzymatic activity in vitro and in cell lysates

• inhibitor discovery and evaluation (screening assays)

• Monitoring enzymatic activity in cells (???)

(2)(1)

0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 04 0

6 0

8 0

1 0 0

1 2 0

T im e (m in )

Ex

cim

er

em

iss

ion

(4

90

nm

)

no inhibitorInh 2

Inh 1no enzyme

PrzemysławWANAT

JoannaKOWALSKA

RenataKASPRZYK

MichałKOPCIAŁ

Wanat et al. Chemical Communications 54 (2018) 9773-9776

Page 56: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Badania na linii komórkowej

confocal microscopy

cultured cells

1. probe2. wash

excitation 340/26emission387/11 (M)525/30 (E)

Wanat et al. Chemical Communications 54 (2018) 9773-9776

Paweł SIKORSKI

Page 57: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Podwójna detekcja sondy ATP w linii komórkowej

Paweł SIKORSKIWanat et al. Chemical Communications 54 (2018) 9773-9776

Page 58: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

15 mM

0 5 1 0 1 5 2 0

0

1 0 0 0

2 0 0 0 1

ADP-alkyne2

0 5 1 0 1 5 2 0

0

5 0 0

1 0 0 0 2

Cu

ADP-Cy3

0 5 1 0 1 5 2 0

0

5 0 0

1 0 0 0

R e te n tio n t im e / m in

Cu 3

ADP-Cy3Cy5

CuSO4, 6 mMsodium ascorbate 60 mMCy3-N3

(1 equiv.)

CuSO4, 6 mMsodium ascorbate 60 mM

Cy5-N3(1 equiv.)

one-pot reaction!

Podwójne znakowanie metodą one-pot two-step

Wanat et al. in preparation PrzemysławWANAT

JoannaKOWALSKA

Page 59: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

One-pot, two-step click chemisty - perspektywy

Cy3

Cy5

FL1

FL2

FL1

Q

FL1

BFL1

NP

FL – fluorescent labelQ – quencherB – biomolecule: peptide, protein, nucleic acidNP – nanoparticle: gold NP, magnetic NP, graphene oxide

Page 60: Modyfikacje chemiczne do badań metabolizmu i zastosowań ...

Finansowane przez:

NCN, FNP i NCBiR

Lab. Chemii Bioorganicznej:Dr Joanna KOWALSKADr Błażej WOJTCZAKDr Dorota KUBACKADr Paweł SIKORSKIDr Tomasz RATAJCZAKDr Natalia KLECZEWSKADr Mikołaj CHROMIŃSKIDr Mirosław ŚMIETAŃSKIDr Anaix DEPAIXMgr Sebastian CHMIELIŃSKIMgr Karolina KACZMARSKAMgr Marcin WARMIŃSKIMgr. Zofia WARMIŃSKAMgr Przemysław WANATMgr Sylwia WALCZAK, Mgr Anna NOWICKAMgr Michał KOPCIAŁMgr Dominika STRZELECKA Mgr Renata KASPRZYKMgr Marek BARANOWSKIMgr Agnieszka MŁYNARSKAMgr Marcelina BEDNARCZYKMgr Adam MAMOT Mgr Mateusz KOZARSKIMgr Olga PERZANOWSKASebastian GOŁOJUCHRadosław WÓJCIKTeodor OLEJKOBeata STAREKAgnieszka BRZEZIŃSKAJędrzej KUBICA

Współpraca:John D. GROSS (University of California San Francisco, USA) Marcin NOWOTNY, IIMCB Warsaw)Ugur SAHIN (Gutenberg University of Mainz, GERMANY)Edward DARŻYNKIEWICZ (Faculty of Physics/CeNT UW)Robert E. RHOADS (Louisiana State University, Shreveport, USA)Zbigniew WIECZOREK (Univ. Warmia and Mazury, Olsztyn, POLAND)Joanna KUFEL (Faculty of Biology, University of Warsaw)Jadwiga CHROBOCZEK, (CNRS, Univ. Fourier, La Tronche, FRANCE)Franck MARTIN (Université de Strasbourg, CNRS, FRANCE)Maciej MAZUR (Faculty of Chemistry, University of Warsaw,)Andrzej DZIEMBOWSKI (IBB PAS, Warsaw)Rolf BARTENSCHLAGER (University of Heidelberg, GERMANY)Roger STROMBERG (Karolinska Intstytutet, Stockholm, SWEEDEN)

http://www.jemielitygroup.pl/http://www.nukleotyd.pl

Centrum Nowych Technologii i Zakład Biofizyki, Uniwersytet Warszawski