Rational Design of a Dual-Targeting Natural Toxin-Like Bicyclic Peptide for Selective Bioenergetic Blockage in Cancer Cells

化学 双环分子 硫醚 合理设计 立体化学 拟肽 生物化学 纳米技术 材料科学
作者
Rui Tang,Yue Song,Mengzhen Shi,Zherui Jiang,Ling Zhang,Yao Xiao,Yuan Tian,Shaobing Zhou
出处
期刊:Bioconjugate Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:32 (10): 2173-2183 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acs.bioconjchem.1c00366
摘要

Stapled α-helical peptides emerge as one of the attractive peptidomimetics which can efficiently penetrate the cell membrane to access intracellular targets. However, the incorporation of a highly lipophilic cross-link may lead to nonspecific membrane toxicity in certain cases. Here, we report a new class of thioether-tethered bicyclic α-helical peptide to mimic the highly constrained loop-helix structure of natural toxins with the dual-targeting ability for both cell-surface receptors and intracellular targets. The thioether cross-links are introduced to replace the redox-sensitive disulfide bonds in natural toxins via a photoinduced thiol-yne reaction followed by macrolactamization. As a proof of concept, αVβ3 integrin targeting ligand was grafted into one of the macrocycles in the bicyclic scaffold, while a mitochondria-targeting proapoptotic motif was introduced into the other macrocycle stabilized by an i, i + 7 alkyl thioether cross-link to recapitulate its α-helical conformation. The obtained dual-targeting bicyclic α-helical BIRK peptides showed highly stable α-helical conformation in the presence of denaturants or under high temperature. Notably, BIRK peptides could induce selective cell death in αVβ3 integrin-positive B16F10 cells by interfering with the bioenergetic functions of mitochondria. This work provides a new avenue to design and stabilize α-helical peptides in a highly constrained bicyclic loop-helix scaffold with dual functionality.
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