Transforming Aryl-Tetrazines into Bioorthogonal Scissors for Systematic Cleavage of trans-Cyclooctenes

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作者
Martin Wilkovitsch,Walter Kuba,Patrick Keppel,Barbara Sohr,Andreas Löffler,Stefan Kronister,Andres Fernandez del Castillo,Marion Goldeck,Rastislav Dzijak,Michal Rahm,Milan Vrábel,Dennis Svatunek,Jonathan Carlson,Hannes Mikula
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2024-gh8fz
摘要

Bioorthogonal bond-cleavage reactions have emerged as a powerful tool for precise spatiotemporal control of (bio)molecular function in the biological context. Among these chemistries, the tetrazine-triggered elimination of cleavable trans-cyclooctenes (click-to-release) stands out due to high reaction rates, versatility, and selectivity. Despite an increasing understanding of the underlying mechanisms, application of this reaction remains limited by the cumulative performance trade-offs (i.e., click kinetics, release kinetics, release yield) of existing tools. Efficient release has been restricted to tetrazine scaffolds with comparatively low click reactivity, while highly reactive aryl-tetrazines give only minimal release. By introducing hydroxyl groups onto aryl-tetrazine scaffolds, we have developed a new class of ‘bioorthogonal scissors’ with unique chemical performance. We demonstrate that hydroxyaryl-tetrazines achieve near-quantitative release upon accelerated click reaction with cleavable trans-cyclooctenes, as exemplified by click-triggered activation of a caged prodrug, intramitochondrial cleavage of a fluorogenic probe (turn-on) in live cells, and rapid intracellular bioorthogonal disassembly (turn-off) of a ligand-dye conjugate.

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