Tetrazine Click
(Inverse Electron Demand Diels Alder Reaction)

Süper hızlı kinetiğe sahip 'Click' Reaksiyonu veren tetrazine molekülü, 2012 yılından sonra canlı hücre, protein ve biyomolekül etiketleme, biyomalzeme sentezi gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır.

  

 

Biyoortogonal reaksiyonlar olarak bilinen bu teknolojiler, yüzlerce fonksiyonel grubun bulunduğu biyolojik ortamlardaki kompleks biyokimyasal reaksiyonlardan etkilenmedikleri gibi biyokimyasal reaksiyonlar üzerine herhangi bir olumsuz etki de göstermemektedirler (Sletten ve Bertozzi, 2009). Biyoortogonal konjugasyon reaksiyonları protein etiketleme, protein modifikasyonu ve proteomiks gibi in vitro çalışmalarda sıkça görüldüğü gibi hücre etiketleme, hücre görüntüleme, tümörlü doku görüntüleme ve PET görüntüleme teknikleri gibi in vivo çalışmalarda da sıklıkla kullanılmaktadırlar (Sletten ve Bertozzi, 2009). Bakır katalizli azid-alkin katılması (CuAAC), konjugasyon reaksiyonu olarak oldukça ilgi görmesine rağmen katalizörün toksik etkisi, ekstra fonksiyonel gruplara ihtiyaç duyması ve yavaş kinetiği nedeniyle diğer biyoortogonal reaksiyonların geliştirilmesine ihtiyaç duyulmuştur. Bu ihtiyacın sonucu olarak süksinimid-amin, Michael katılması (tiyol-olefin), Staudinger ligasyonu (fosfin-azid), gergin halkalı alkin-azid ve aminoksi-karbonil reaksiyonları gibi birçok biyoortogonal reaksiyon geliştirilmiştir. Ancak son yıllarda geliştirilen ve literatürde bilinen en hızlı konjugasyon (Tablo) olan IEDDA reaksiyonu tüm bu konjugasyon reaksiyonlarının önüne geçme potansiyeline sahiptir (Blackman vd., 2008; Devaraj vd., 2009a; Devaraj ve Weissleder, 2011; Devaraj vd., 2008; Emmetiere vd., 2013; Krueger vd., 2014; Lang vd., 2012; Li vd., 2010; Refakis vd., 2010; Selvaraj vd., 2011).

  

 

Şekilde gösterilen reaksiyon 10 saniye gibi kısa bir yarılanma ömrüne sahiptir ve kısa sürede kantitatif olarak tamamlanmaktadır (Selvaraj ve Fox, 2013). Tetrazin molekülü ile trans-siklookten arasında gerçekleşen Diels-Alder reaksiyonu ortama azot gazı salarak kenetleme ürünü vermektedir. Moleküller üzerindeki F grupları polimer, protein veya küçük moleküller olabilmektedir. Reaksiyonun çok hızlı oluşu etkin bir şekilde konjugasyon ürününü vermektedir. Örneğin, diğer protein-polimer konjugasyon reaksiyonlarında istenilen ürünü elde etmek için polimerin oldukça fazla miktarı kullanılır ki, bu da saflaştırma problemlerini ortaya çıkarır. Ayrıca reaksiyonun bu denli hızlı olması, tanı ve teşhis kitleri için aranan kısa sürede sonuç alma özelliğine katkı bulunabilir. 

Bu hızından ve spesifikliğinden dolayı tetrazin kimyası son yıllarda özellikle canlı hücre etiketleme ve görüntüleme sistemlerinde sıkça kullanılmaktadır. 





 

Kaynakça

Blackman, M.L., Royzen, M., Fox, J.M. 2008. ‟Tetrazine ligation: Fast bioconjugation based on inverse-electron-demand Diels-Alder reactivity”. Journal of the American Chemical Society, 130 (41), 13518-+.

Devaraj, N.K., Upadhyay, R., Hatin, J.B., Hilderbrand, S.A., Weissleder, R. 2009. ‟Fast and Sensitive Pretargeted Labeling of Cancer Cells through a Tetrazine/trans-Cyclooctene Cycloaddition”. Angewandte Chemie-International Edition, 48 (38), 7013-7016.

Devaraj, N.K., Weissleder, R. 2011. ‟Biomedical Applications of Tetrazine Cycloadditions”. Accounts of Chemical Research, 44 (9), 816-827.

Devaraj, N.K., Weissleder, R., Hilderbrand, S.A. 2008. ‟Tetrazine-Based Cycloadditions: Application to Pretargeted Live Cell Imaging”. Bioconjugate Chemistry, 19 (12), 2297-2299.

Emmetiere, F., Irwin, C., Viola-Villegas, N.T., Longo, V., Cheal, S.M., Zanzonico, P., Pillarsetty, N., Weber, W.A., Lewis, J.S., Reiner, T. 2013. ‟F-18-Labeled-Bioorthogonal Liposomes for In Vivo Targeting”. Bioconjugate Chemistry, 24 (11), 1784-1789.

Knall, A.C., Slugovc, C. 2013. ‟Inverse electron demand Diels-Alder (iEDDA)-initiated conjugation: a (high) potential click chemistry scheme”. Chemical Society Reviews, 42 (12), 5131-5142.

Krueger, A.T., Kroll, C., Sanchez, E., Griffith, L.G., Imperiali, B. 2014. ‟Tailoring Chimeric Ligands for Studying and Biasing ErbB Receptor Family Interactions”. Angewandte Chemie-International Edition, 53 (10), 2662-2666. 

Lang, K., Davis, L., Wallace, S., Mahesh, M., Cox, D.J., Blackman, M.L., Fox, J.M., Chin, J.W. 2012. ‟Genetic Encoding of Bicyclononynes and trans-Cyclooctenes for Site-Specific Protein Labeling in Vitro and in Live Mammalian Cells via Rapid Fluorogenic Diels-Alder Reactions”. Journal of the American Chemical Society, 134 (25), 10317-10320. 

Li, Z.B., Cai, H.C., Hassink, M., Blackman, M.L., Brown, R.C.D., Conti, P.S., Fox, J.M. 2010. ‟Tetrazine-trans-cyclooctene ligation for the rapid construction of F-18 labeled probes”. Chemical Communications, 46 (42), 8043-8045. 

Refakis, C.A., Blackman, M.L., Fox, J.M., Mehl, R.A. 2010. ‟Bioorthogonal Ligation Using Site-Specific Tetrazine-Alkene Coupling On Proteins”. Faseb Journal, 24. 

Selvaraj, R., Fox, J.M. 2013. ‟trans-Cyclooctene - a stable, voracious dienophile for bioorthogonal labeling”. Current Opinion in Chemical Biology, 17 (5), 753-760. 

Selvaraj, R., Liu, S.L., Hassink, M., Huang, C.W., Yap, L.P., Park, R., Fox, J.M., Li, Z.B., Conti, P.S. 2011. ‟Tetrazine-trans-cyclooctene ligation for the rapid construction of integrin alpha(v)beta(3) targeted PET tracer based on a cyclic RGD peptide”. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 21 (17), 5011-5014. 

Sletten, E.M., Bertozzi, C.R. 2009. ‟Bioorthogonal Chemistry: Fishing for Selectivity in a Sea of Functionality”. Angewandte Chemie-International Edition, 48 (38), 6974-6998.

 

©2019 by Kahveci Functional Poymers and Biomaterials Research Lab. 

Turkish Web Site