Signal transduction in a covalent post-assembly modification cascade

化学 级联 级联反应 共价键 马来酰亚胺 超分子化学 组合化学 有机化学 晶体结构 色谱法 催化作用
作者
Ben S. Pilgrim,Derrick A. Roberts,Thorsten G. Lohr,Tanya K. Ronson,Jonathan R. Nitschke
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:9 (12): 1276-1281 被引量:109
标识
DOI:10.1038/nchem.2839
摘要

Natural reaction cascades control the movement of biomolecules between cellular compartments. Inspired by these systems, we report a synthetic reaction cascade employing post-assembly modification reactions to direct the partitioning of supramolecular complexes between phases. The system is composed of a self-assembled tetrazine-edged FeII8L12 cube and a maleimide-functionalized FeII4L6 tetrahedron. Norbornadiene (NBD) functions as the stimulus that triggers the cascade, beginning with the inverse-electron-demand Diels–Alder reaction of NBD with the tetrazine moieties of the cube. This reaction generates cyclopentadiene as a transient by-product, acting as a relay signal that subsequently undergoes a Diels–Alder reaction with the maleimide-functionalized tetrahedron. Cyclooctyne can selectively inhibit the cascade by outcompeting NBD as the initial trigger. Initiating the cascade with 2-octadecyl NBD leads to selective alkylation of the tetrahedron upon cascade completion. The increased lipophilicity of the C18-tagged tetrahedron drives this complex into a non-polar phase, allowing its isolation from the initially inseparable mixture of complexes. Two coordination cages have been devised that undergo covalent modification during a cascade of two orthogonal Diels–Alder reactions. This results in increased lipophilicity for the second cage, enabling its phase transfer and separation from the first. The trigger, relay and inhibition features of this cascade system mimic key aspects of natural post-translational modification cascades.
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