Protein-templated fragment ligation is a novel concept to support drug discovery and can help to improve the efficacy of protein ligands. Protein-templated fragment ligations are chemical reactions between small molecules ("fragments") utilizing a protein's surface as a reaction vessel to catalyze the formation of a protein ligand with increased binding affinity. The approach exploits the molecular recognition of reactive small-molecule fragments by proteins both for ligand assembly and for the identification of bioactive fragment combinations. In this way, chemical synthesis and bioassay are integrated in one single step. This Review discusses the biophysical basis of reversible and irreversible fragment ligations and gives an overview of the available methods to detect protein-templated ligation products. The chemical scope and recent applications as well as future potential of the concept in drug discovery are reviewed.

Protein‐templated reactions enable the target‐guided formation of protein ligands from reactive fragments, ideally with no background reaction. Herein, we investigate the templated formation of amides. A nucleophilic fragment that binds to the coagulation factor Xa was incubated with the protein and thirteen differentially activated dipeptides. The protein induced a non‐catalytic templated reaction for the phenyl and trifluoroethyl esters; the latter was shown to be a completely background‐free reaction. Starting from two fragments with millimolar affinity, a 29 nm superadditive inhibitor of factor Xa was obtained. The fragment ligation reaction was detected with high sensitivity by an enzyme activity assay and by mass spectrometry. The reaction progress and autoinhibition of the templated reaction by the formed ligation product were determined, and the structure of the protein–inhibitor complex was elucidated.

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Proteintemplat‐gesteuerte Fragmentligationen sind ein neuartiges Konzept zur Unterstützung der Wirkstofffindung und können dazu beitragen, die Wirksamkeit von Proteinliganden zu verbessern. Es handelt sich dabei um chemische Reaktionen zwischen niedermolekularen Verbindungen (“Fragmenten”), die die Oberfläche eines Proteins als Reaktionsgefäß verwenden, um die Bildung eines Proteinliganden mit erhöhter Bindungsaffinität zu katalysieren. Die Methode nutzt die molekulare Erkennung kleiner reaktiver Fragmente durch die Proteine sowohl zur Assemblierung der Liganden als auch zur Identifizierung bioaktiver Fragmentkombinationen. Chemische Synthese und Bioassay werden dabei in einem Schritt vereint. Dieser Aufsatz diskutiert die biophysikalischen Grundlagen der reversiblen und irreversiblen Fragmentligationen und gibt einen Überblick über die Methoden, mit denen die durch das Proteintemplat gebildeten Ligationsprodukte detektiert werden können. Der chemische Reaktionsraum und aktuelle Anwendungen wie auch die Bedeutung dieses Konzeptes für die Wirkstofffindung werden erörtert.

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