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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
富含半胱氨酸的肽折叠成不同的三维结构, 这取决于它们的二硫化物连通性。当缓冲氧化不导致所需的二硫化物连接时, 需要有针对性地合成单独的二硫化物异构体。该协议涉及 3-二硫键结合肽的选择性合成及其结构分析, 采用核磁共振和 ms/质谱研究。
具有大量半胱氨酸的多肽通常受其二硫化物连通性对三维结构的影响。因此, 在肽合成过程中避免不必要的二硫化键形成是非常重要的, 因为它可能产生完全不同的肽结构, 从而改变生物活性。但是, 如果采用常规的缓冲氧化协议等标准自折叠方法, 可以形成多硫 connectivities 的正确形成。这个协议代表了一个先进的战略需要的目标合成多重二硫桥多肽, 不能合成通过缓冲氧化的高质量和数量。本研究展示了一种独特的保护基团策略, 用于合成µ-芋螺毒素 PIIIA 的所有可能的 3-二硫结合肽异构体。用 n-芴甲氧羰基基固相肽合成方法制备多肽, 采用保护基团策略确定二硫化物键形成。各自对半胱氨酸被保护与三苯甲氧基 (Trt), acetamidomethyl (Acm) 和叔丁基 (t步) 保护小组保证在每氧化步期间仅要求的半胱氨酸是 deprotected 和连接的。除了目标合成之外, 还使用几种分析方法来澄清所需肽结构的正确折叠和生成。对不同的 3-二硫化物粘结异构体的比较表明, 准确测定和认识二硫化物连通性对三维结构的计算和生物解释的重要性肽异构体的活性。分析表征包括通过串联质谱 (ms/毫秒) 分析精确的二硫化键说明, 这是由一个适应的协议产生的完整的肽异构体的部分减少和烷基化衍生物。此外, 用2D 核磁共振 (NMR) 实验和从 ms 和 ms 分析获得的知识来确定肽的结构。
生物活性肽在药物研究和开发中的应用得到高度认可, 因为它们代表了特定生物靶1的有效和高度选择性化合物。然而, 对于它们的生物活性, 三维结构是非常重要的, 以执行结构-活动关系研究2,3,4。除影响整体构象的主要氨基酸序列外, 二硫键还能显著稳定半胱氨酸富肽5的结构。多重二硫化物桥接肽包括芋螺毒素, 如µ PIIIA圆锥 purpurascens , 其序列中含有六半胱氨酸。这种高半胱氨酸含量理论上允许形成15二硫化物异构体。正确的二硫化物连通性是非常重要的生物活动6,7。然而, 出现的问题是是否有一个以上的生物活性构象自然发生的肽, 如果是这样, 哪些异构体具有最高的生物活性?在µ-芋螺毒素的情况下, 生物靶点为电压门控钠离子通道, 特别是µ-PIIIA 对亚型 Nav1.2、nav1.4 和 nav1.73最有效。
采用多种方法可实现二硫桥多肽的合成。在肽内形成二硫化物键的最方便的方法是所谓的氧化自折叠法。在此, 首先用固相肽合成法合成所需循环肽的线性前体, 即在缓冲系统中由聚合物支持氧化后的裂解。氧化还原酶活性剂, 如还原和氧化谷胱甘肽 (GSH/GSSG) 往往增加, 以促进形成的二硫化物债券。缓冲支持自折叠的主要缺点是二硫化物债券不是以逐步的方式有选择地形成的。与原生肽相比, 通常只有一个特定的二硫化物异构体被描述, 有可能获得许多其他异构体以这个方法8。µ-PIIIA 已经被证明导致至少三种不同的折叠异构体后, 自折叠在以前的研究3。这种异构体混合物的分离是相当困难的, 由于相同的保留时间, 如果使用色谱纯化方法9。因此, 特定异构体的目标合成是有利的。为了专门生产具有定义的二硫化物连通性的异构体, 需要一个特殊的策略, 在其中二硫化物键连续关闭。因此, 在聚合物支持下合成了具有不同保护基团的线性前体在单个半胱氨酸对上。消除后, 半胱氨酸对分别和连续 deprotected 和连接在一个氧化反应, 以产生所期望的二硫化物债券10,11,12,13,14,15,16. 在反应产物的合成和纯化后, 需要用适当的分析方法确认识别和二硫化物的连通性。许多分析方法可用于阐明主要氨基酸序列, e., ms/毫秒, 而二硫化物连通性的测定仍然很少被调查。除了这种多重二硫化物粘结肽的复杂性外, 与产品相关的杂质 (例如, 从二硫化物上的), 由于样品的制备和工作, 可以进一步复杂化分析。在本文中, 我们表明, 使用不同的分析技术是必要的, 以明确澄清二硫化物键在µ-PIIIA 异构体的身份。我们将色谱方法与质谱相结合, 并提供了相同的样品到核磁共振光谱学中。在基质辅助激光解吸/电离 (MALDI) ms/质谱分析中, 我们用部分还原和 iodoacetamide 衍生的方法确定了二硫化物键, 因为这种肽的自顶向下分析是不可能的。为了获得每种异构体的三维结构, 进行了2D 核磁共振实验。因此, 通过结合不同的复杂的分析方法, 可以正确地阐明二硫化物连通性和三维结构复杂的多重二硫化物结肽7。
注: 此处使用的所有氨基酸均采用 l-构型。根据 IUB 命名委员会和 IUPAC-IUB 联合委员会关于生物化学术语的建议, 使用了氨基酸和氨基酸衍生物的缩写。
1. 固相肽合成 (许可证)
注: 采用固相多肽合成器进行合成。使用 9-fluorenylmethyloxycarbonyl (n-芴甲氧羰基) 化学的标准协议, 对常规序列 ZRLCCGFOKSCRSRQCKOHRCC-NH2的线性肽前体进行合成。应用下列受保护的氨基酸: Pyr (叔羰基), Arg (Pbf (22, 46, 7-pentamethyldihydrobenzofuran 5 磺酰)), Asn (trt)、Asp (tBu)、浆 (tBu)、赖氨酸 (中行)、系列 (tBu)、Gln (trt)、谷氨酸 (tBu)、跨国激进党 (中行)、Tyr (tBu)、(tBu) 及其(Trt)。根据预期的二硫化物连通性, 保护半胱氨酸对与 Trt, Acm, 或t步组。
2. 树脂中的肽裂解 (图 1A)
注: 在卵裂过程中, 除胱氨酸 (Acm) 和胱氨酸 (t.) 的所有氨基酸侧链都将 deprotected。该协议适用于100毫克树脂。
3. 用半制备高效液相色谱法纯化线性前驱体
注: 采用半制备反相高效液相色谱法纯化粗肽, 配以 C18 柱 (5 µm 粒径、100Å孔径、250 x 32 毫米) 和3.6 毫升注射回路。在乙腈 (MeCN)/H2o (9:1, 淋洗 B) 中, 使用 0.1% TFA 在 H2O (淋洗 a) 和 0.1% TFA 中的梯度洗脱系统。探测到 220 nm 的峰值。
4. 选择性地形成二硫化物债券
5. 肽纯化
注: 半制备高效液相色谱法纯化氧化肽, 配以 C18 柱 (10 µm 粒径、300Å孔径、250 x 22 毫米) 和3.6 毫升注射回路。使用 0.1% TFA 在 H2o (淋洗 a) 和 0.1% TFA 的梯度洗脱系统在 MeCN/小时2o (9:1, 淋洗 B)。探测到 220 nm 的峰值。
6. 肽分析
7. 二硫化物连通性的 ms/毫秒分析
8. 核磁共振实验和结构分析
对µ-芋螺毒素 PIIIA 的15种不同的二硫桥异构体进行了合成, 并进行了详细的描述 (图 1)。二硫化键通过部分还原和随后的 ms/毫秒分析来确定 (图 2)。对不同异构体进行了核磁共振分析 (图 3), 揭示了各自的肽结构。值得注意的是, 高效液相色谱、ms/毫秒碎片和核磁共振分析相结合, 是确定二硫化物连通性的必要条件。

图 1: µ-PIIIA 的选择性二硫键形成通过保护组策略。(A)在树脂脱的肽解切过程中, Trt 保护的半胱氨酸。(B)第一个二硫化物桥梁形成的未受保护的半胱氨酸。(C)脱和二硫化物桥梁形成的半胱氨酸保护。(D)脱和二硫化物桥梁形成的t. 保护半胱氨酸。请单击此处查看此图的较大版本.

图 2: 通过 ms 和 ms 分析对二硫化键分配进行部分还原工作流。(A)肽的部分还原和烷基化。(B)高效液相色谱法纯化不同反应控制样品。(C)减少纯化样品。部分 carbamidomethylated 物种 (中间两个肽) 港口信息的二硫化物连通性, 这是由 ms/ms 分析。这一数字已在海默·拉斯伯恩、P等人的许可下改编。重新研究构象µ-芋螺毒素 PIIIA 异构体: 半胱氨酸配对对二硫键分配和结构澄清的影响。分析化学。90 (5), 3321-3327 (2018)。版权所有 (2018) 美国化学学会。请单击此处查看此图的较大版本.

图 3: 顺序行走和由此产生的核磁共振溶液结构的刚性 (左) 和灵活 (右) µ-PIIIa 异构体.显示了20种结构的能量最低, 以及不同异构体的二硫化物连通性。对根均方根偏差 (均方根偏差) 值的比较阐明了刚性肽主要导致较好的核磁共振结构。请单击此处查看此图的较大版本.
作者没有什么可透露的。
富含半胱氨酸的肽折叠成不同的三维结构, 这取决于它们的二硫化物连通性。当缓冲氧化不导致所需的二硫化物连接时, 需要有针对性地合成单独的二硫化物异构体。该协议涉及 3-二硫键结合肽的选择性合成及其结构分析, 采用核磁共振和 ms/质谱研究。
我们要感谢 Resemann, 琼斯迈尔和 d. Suckau 从布鲁克 optics Daltonics 有限公司布里曼;d. 肋软骨炎、肋软骨炎、Schmidts 和 c. 达姆施塔特技术大学蒂勒;Ohlenschläger 从波恩大学 FLI 耶拿、Engeser m。Harzen, 和 h. Nakagami 来自最大的普朗克植物育种研究研究所, 科隆;Susanne Neupert 从动物研究所, 科隆;以及法兰克福大学的生物分子磁共振光谱学设施, 用于技术支持、培训模块和获取仪器。波恩大学向直喷的财政支助得到了感激的承认。
| PS PEG2000 Fmoc 溜冰场酰胺树脂 | Varian, Inc. | PL3867-3764 | 两极球 40 RAM |
| Pyr(Boc) | Bachem | A-3850 | |
| Arg(Pbf) | Iris Biotech | FSC1010 | |
| Asn(Trt) | Bachem | B-1785 | |
| Asp(tBu) | Iris Biotech | FSP1020 | |
| Hyp(tBu)Iris | Biotech | FAA1627 | |
| Lys(Boc) | Bachem | B-1080 | |
| Ser(tBu) | Iris Biotech | FSC1190 | |
| Gln(Trt) | Iris Biotech | FSC1043 | |
| Glu(tBu) | Iris Biotech | FSP1045 | |
| Trp(Boc) | Iris Biotech | FSC1225 | |
| Tyr(tBu) | Sigma Aldrich | 47623 | |
| Thr(tBu) | Iris Biotech | FSP1210 | |
| His(Trt | )Iris Biotech | FDP1200 | |
| 2-(1H-苯并三唑-1-基)-1,1,3,3-四甲基脲六氟磷 | Sigma Aldrich | 8510060 | 易燃 |
| DMF | Fisher Scientific | D119 | 易燃、有毒 |
| DCM | Fisher Scientific | D37 | 致癌 |
| 哌啶 | Alfa Aesar | A12442 | 易燃、有毒、腐蚀性 |
| N-甲基吗啡林 | Sigma Aldrich | 224286 | |
| Cys(Acm) | 鸢尾生物科技 | FAA1506 | |
| Cys(Trt) | Bachem | E-2495 | |
| Cys(tBu) | Bachem | B-1220 | |
| 三氟乙酸 | Sigma Aldrich | 74564 | 有毒、腐蚀性 |
| 苯酚 | 默克 | 1002060 | 毒性 |
| 硫代苯甲醇 | Alfa Aesar | A14846 | |
| 乙硫醇 | Fluka Analytical | 2390 | |
| 乙醚 | VWR | 100,921 | 易燃 |
| 叔丁醇 | Alfa Aesar | L12338 | 易燃 |
| 乙腈 | Fisher Scientific | A998 | 易燃 |
| 水 | Fisher Scientific | W5 | |
| 异丙醇 | VWR | ACRO42383 | 易燃 |
| 氢氧化钠 | AppliChem | A6579,1000 | 腐蚀性 |
| 碘乙酰胺 | Sigma Aldrich | I6125 | |
| 碘 | Sigma Aldrich | I0385 | |
| 盐酸 | 默克 | 110165 | 腐蚀性 |
| 抗坏血酸 | Sigma Aldrich | A4403 | |
| 二苯基亚砜 | Sigma Aldrich | P35405 | |
| 苯胺醇 | Sigma Aldrich | 96109 | 易燃 |
| 氯甲基硅烷 | Sigma Aldrich | M85301 | 易燃 |
| 样品稀释缓冲液 | 劳务服务 Onken | ||
| 磷酸二氢钠 | Sigma Aldrich | 106370 | |
| 磷酸氢二钠 | Sigma Aldrich | 795410 | |
| (2-羧乙基)盐酸膦 | Sigma Aldrich | C4706 | |
| 柠檬酸 | Sigma Aldrich | 251275 | |
| 酸钠二水合物 | Sigma Aldrich | W302600 | |
| 三乙酸 | 酯Carl Roth, | 7125 | |
| 乙二胺四乙酸 | Sigma Aldrich | E26282 | |
| 肽校准标准 II | Bruker Daltonics GmbH | 8222570 | |
| 设备名称 | 公司 | ||
| 固相肽合成仪 | Intavis Bioanalytical Instruments AG | EPS 221 | |
| 冻干机 | Martin Christ GmbH | 公司 Alpha 1-2 Ldplus | |
| 半制备型 HPLC | Jasco | 系统 PV-987 | |
| Eurospher 100 C18 色谱柱(RP、5 µm 粒径,100 Å孔径,250 x 32 mm) | Knauer | 25QE181E2J | 线性肽 |
| Vydac 218TP1022 色谱柱(RP C18、10 µm 粒径,300 Å孔径,250 x 22 mm) | Hichrom-VWR | 氧化肽分析 HPLC的 HICH218TP1022 | 纯化 |
| 岛津 | 系统 LC-20AD | ||
| Vydac 218TP54 色谱柱(C18 RP,5 µm 粒径,300 Å孔径,250 x 4.6 mm) | Hichrom-VWR | HICH218TP54 | 分析柱 |
| 研磨钢靶材 (MTP 384) | Bruker Daltonics GmbH | NC0910436 | MALDI 制备 |
| C18 浓缩过滤器 (ZipTip) | Merck KGaA | ZTC18S096 | MALDI 制剂 |
| 马尔迪质谱仪 | Bruker Daltonics GmbH | ultraflex III TOF/TOF | |
| 氨基酸分析仪 | Eppendorf-Biotronik GmbH | LC 3000系统 | |
| 核磁共振波谱仪 Bruker Avance III | Bruker Daltonics GmbH | Bruker Avance III 600 MHz | |
| 分子可视化计算机程序 | YASARA Biosciences GmbH | Yasara 结构 | NMR 结构计算 |
| 用于 MALDI 数据评估的计算机程序 | Bruker Daltonics GmbH | flexAnalysis, BioTools | MS/MS 碎裂 |
| 模拟涡旋混合器 | VWR | VM 3000 | |
| 微量离心机 | Eppendorf | 5410 | |
| 离心机 | Hettich | EBA 20 | |
| 旋转真空浓缩仪 | Christ | 2-18 Cdplus | |
| 分析天平 | A&D Instruments | GR-202-EC |