מוצג מכשיר פשוט, זול וחדשני לביצוע סינתזות פפטיד פאזה מוצקה בכור מיקרוגל מסחרי.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מוצג מכשיר פשוט, זול וחדשני לביצוע סינתזות פפטיד פאזה מוצקה בכור מיקרוגל מסחרי.
מוצג מכשיר ביתי לביצוע סינתזת פפטיד פאזה מוצקה (SPPS), בסיוע הקרנת מיקרוגל וחימום. בניגוד לכלי תגובה SPPS קונבנציונליים, המנקזים ממס ותוצרי לוואי באמצעות פריט הממוקם בתחתית הכלי, המנגנון המוצג משתמש בצינור פיזור גז תחת ואקום כדי להסיר ממס, תוצרי לוואי ועודפי ריאגנטים. אותו צינור פיזור גז מספק תסיסה של גז חנקן של חרוזי SPPS במהלך שלבי התגובה של צימוד וביטול הגנה. חימום מיקרוגל מועיל לצימודי SPPS של שאריות מעוכבות סטרית, כגון חומצה אלפא-אמינואיזובוטירית (Aib), שאריות חומצות אמינו אלפא, אלפא-דיאלקיליות. מכשיר ביתי זה שימש להכנה, באמצעות שיטות Fmoc SPPS ידניות, פפטידים הפטמריים ואוקטמריים הנשלטים על ידי שאריות ה-Aib, אשר ידוע לשמצה שקשה לחבר בתנאי טמפרטורת החדר הסטנדרטיים וריאגנטים. יתר על כן, כורי מיקרוגל מסחריים טיפוסיים SPPS מוקדשים אך ורק לסינתזה של SPPS מה שהופך אותם לבלתי נגישים למשתמשים שאינם SPPS. לעומת זאת, המנגנון המוצג שומר על הרבגוניות של כור המיקרוגל להאצת מיקרוגל קונבנציונלית של תגובות כימיות, מכיוון שהמנגנון מוסר באופן טריוויאלי מכור המיקרוגל המסחרי.
הצגתו של מריפילד של סינתזת פפטיד פאזה מוצקה SPPS בשנות ה-60 חוללה מהפכה בפפטידים ובסינתזות כימיות וזכתה בצדק בפרס נובל לכימיה 1,2. בעשורים שלאחר מכן, חוקרים רבים שיפרו את הטכניקות המקוריות של מריפילד, מה שהוביל לשתי חלופות השולטות בשיטות SPPS: מבוסס פלואורנילמתוקסיקרבוניל (FMOC) לעומת מבוסס טרט-בוטיל אוקיקרבוניל (BOC)3. פיצול סופי של הפפטיד משרף מוצק ב-FMOC דורש קוקטייל המכיל חומצה טריפלואוראצטית, בהשוואה ל-HF עבור טכניקות BOC, מה שהופך שיטות מבוססות FMOC לבחירה המועדפת על מעבדות רבות.
שיטות SPPS חדישות מאותגרות מדי פעם על ידי רצפים רצויים. בשנים האחרונות חלה התקדמות המתגברת על כמה חששות אידיוסינקרטיים של צבירה4, היווצרות דיקטופיפרזין5 ושאריות חומצות אמינו N-מתילציה6. במאמץ לייעל את תפוקת הצימוד, נחקרו אלפי ריאגנטים ותוספים לצימוד7. באופן ספציפי, הפעלת חומצה קרבוקסילית באמצעות COMU 8,9 או פלואורידים חומציים 10,11,12, יחד עם תוספים כגון אוקסימה13 והידרוקסיבנזוטריאזול (HOBt), פותחו עבור צימודים מאתגרים במיוחד כגון אלה הכוללים שאריות α,α דיאלקיליות.
שיטות אחרות שאינן מבוססות ריאגנטים שימשו כדי להגדיל את התפוקות עבור צימודים קשים, כולל זמני תגובה ממושכים, "צימוד כפול" וחימום, במיוחד חימום מיקרוגל 14,15,16. ואכן, סינתיסייזרים פפטידים אוטומטיים זמינים מסחרית המשתמשים בחימום מיקרוגל הם בין היחידות המצליחות ביותר מבחינה מסחרית בשוק מכיוון שהם מאיצים את קצב התגובה, נראה שהם משפרים את הטוהר הסופי של פפטידים וממזערים פסולת ממסים. למרבה הצער, יחידות אלו יכולות להיות יקרות, ועולות למעלה מ-100,000 דולר במקרים מסוימים.
למעבדה שלנו יש אינטרסים בהכנת וריאציות של פפטידים המכילים שאריות הליקוגניות חזקות של חומצה אלפא-אמינואיזובוטרית (Aib)17,18,19. בשל המכשול הסטרי הנובע מהדיאלקילציה של האלפא-פחמן שלו, קשה מאוד לזווג את אייב. השיטות שהוזכרו לעיל (פלואורידים חומציים, חימום מיקרוגל20), כמו גם כימיה חכמה של SPPS "דיפפטיד"21, שימשו להתאמת SPPS לאתגרי הצימוד של Aib. הכנה מחוץ לשרף של דימרים Aib, תוך שיפור התפוקה הכוללת, דורשת כימיה רטובה נוספת וטמפרטורות גבוהות (50 מעלות צלזיוס)21. יתר על כן, נמנענו משימוש בפלואורידים חומציים של Aib בשל האופי הרעיל של חומרים מפליריים. למרבה הצער, במעבדה שלנו חסר סינתיסייזר SPPS אוטומטי ייעודי מבוסס מיקרוגל, עם כלי תגובה ייעודיים לניקוז הדרוש של תוצרי לוואי של SPPS. אף על פי כן, דו"ח שפורסם לאחרונה מקבוצתו של קליידן שהראה הצלחה מסחררת בהכנת אוליגומרים מבוססי Aib באמצעות SPPS וקרינת מיקרוגל22 עורר אותנו להתאים את יחידת המיקרוגל CEM Discover SP של המעבדה שלנו לסינתזות SPPS.
תחילה חקרנו את האביזר הזמין מסחרית של CEM להמרת כור המיקרוגל ליחידת SPPS/מיקרוגל ידנית23. מלבד העלות, אביזר זה ידרוש את המחויבות של יחידת המיקרוגל שלנו ל- SPPS ידני בלבד . למשתמשי מעבדה אחרים לא תהיה עוד גישה ליכולות המצוינות של יחידת המיקרוגל. לפיכך, מימוש האביזר המסחרי נחשב פסול בענייננו.
במקום זאת, הרכבנו, באמצעות רכיבים זולים יחסית, מכשיר לביצוע SPPS בסיוע מיקרוגל בקנה מידה מילימולר. הפרוטוקול שלהלן מתאר שימוש ברכיבים פשוטים וזולים יחסית כדי להשפיע על SPPS ידני בסיוע מיקרוגל.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. הרכיבו את המכשיר (איור 1)
הערה: כל הרכיבים להרכבת המכשיר נמצאים בטבלת החומרים.
2. הכן ריאגנטים
3. הכנת שרף פפטיד
4. הסרת FMOC
הערה: שרפים זמינים טעונים מראש עם מגוון חומצות אמינו מוגנות FMOC הטעונות מראש כשאריות מסוף C. לכן, הסרת FMOC היא בדרך כלל הצעד הראשון לאחר נפיחות השרף.
5. צימוד של חומצות אמינו FMOC
6. חזור על מחזורי פפטיד SPPS
7. מחשוף פפטיד
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דוגמאות לרצפי פפטידים שהוכנו עם המכשיר שלנו מוצגות באיור 2 ובאיור 3. טבלה 1 מסכמת את הפתרונות, פרמטרי המיקרוגל והשטיפות שהשתמשנו בהם. אישור ספקטרומטריית מסה MALDI-TOF מוצג באיורים. התאוששות מסה של פפטידים אלה הייתה מעל 80%. באופן משמעותי, לכל הרצפים הללו יש צימודים מרובים בין חומצות אמינו אלפא סמוכות, אלפא דיאלקיליות. אלה הם בין השאריות הקשות ביותר לחיבור יחד באמצעות היווצרות קשרים פפטידיים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המנגנון המוצג כאן מפעיל שיטה פשוטה, חדשנית וזולה להסרת ממס, ריאגנטים עודפים ומוצרי פסולת, כמו גם הוספת תסיסה של גז חנקן, במהלך SPPS בסיוע מיקרוגל. בניגוד לכלי SPPS קונבנציונליים, המעוררים פריט בתחתית הכלי, המנגנון המוצג מפעיל צינור פיזור גז תחת ואקום כדי לשאוב את הכלי. כלי התגובה הוא אפוא מבחנה רגילה, המחוממת במיקום המומלץ על ידי יצרן כור המיקרוגל בתוך "מנחת הכלי הפתוח".
החידוש העיקרי שלנו הוא הסרת ממיסים ותוצרי לוואי של תגובה מהמבחנה באמצעות "צינור פיזור גז" ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי אינטרסים לחשוף.
המחברים אסירי תודה על תמיכת מענקי INSPIRE של אוניברסיטת פיירפילד, תמיכת המחלקה לכימיה וביוכימיה באוניברסיטת פיירפילד, וסיועה של ד"ר דורותי סובצ'ינסקי על מומחיותה בניהול המעבדה. בנוסף, המחברים אסירי תודה לפרופסורים ג'יליאן סמית'-קרפנטר ואהרון ואן דייק על הדיונים בנוגע לפפטידים וסינתזה אורגנית. המחברים מעריכים את תמיכת קרן הפרסום של המכללה לאמנויות ומדעים של אוניברסיטת פיירפילד.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| כור מיקרוגל CEM Discover SP | CEM | הופסק. לאחרונה הוחלף בקו המוצרים על ידי דיסקבר 2.0 | |
| דיאיזופרופילקרבודימייד (DCC) | TCI אמריקה | ||
| דימתילפוראמיד (DMF) | תרמו-סיינטיקה כימיקלים | ||
| צינור פיזור גז, מיקרו, | כימגלאס | CG-207-02 | נקבוביות בינונית |
| מחיצה מיקרו | ChemGlass | CG-3022-20 | מחיצה מסוג "צינור NMR" |
| מורפולין | תרמו-סיינטיקה כימיקלים | ||
| חומצות אמינו מוגנות על ידי N-Fmoc | |||
| אויקסמה פיור | TCI אמריקה | ||
| בקבוק ארלנמאייר עם זרוע צדדית | ספקים שונים | איסוף פסולת | |
| "טי" | אידקס | P-713 | ETFE |
| צינור טפלון 1/8", | רסטק | 25306 | OD x 0.063" מזהה, 3 מ' |
| מבחנה (מחזיק לכלי תגובה מחוץ למיקרוגל) | ספקים שונים | (30 x 175) | |
| מבחנה (כלי תגובה) | קורנינג גלאס | 9820-25X | Pyrex 25 x 200 מ"מ, ללא שוליים |
| שסתום | אידקס | P-721 | ETFE (פעמיים) |
| שרף Wang SPPS, 1% דיווינילבנזן משולב, רשת 100-200 | ChemTech מתקדם |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.