このプロトコルは、システインとメチオニンの間のビスアルキル化と、プロパルギルスルホニウム中心によって引き起こされる簡単なチオール-イン反応 を介した 環状ペプチドの合成を提示します。
方法論記事
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このプロトコルは、システインとメチオニンの間のビスアルキル化と、プロパルギルスルホニウム中心によって引き起こされる簡単なチオール-イン反応 を介した 環状ペプチドの合成を提示します。
近年、環状ペプチドは、その優れた生物活性から創薬分野でますます注目され、臨床的に利用されるようになりました。したがって、環状ペプチドを合成するための効果的な戦略を模索し、創薬分野での応用を促進することが重要です。この論文は、オンレジンまたは分子内(分子間)ビスアルキル化を使用して環状ペプチドを効率的に合成するための詳細なプロトコルを報告します。このプロトコルを使用して、システイン(Cys)とメチオニン(Met)を同時に樹脂上に結合させた固相ペプチド合成を利用して、直鎖状ペプチドを合成しました。さらに、環状ペプチドは、チューナブルテザーとオンテザースルホニウム中心を用いたMetとCysの間のビスアルキル化を介して合成されました。合成経路全体は、樹脂上のCysの脱保護、リンカーのカップリング、およびトリフルオロ酢酸(TFA)切断溶液中でのCysとMetの間の環化の3つの主要なプロセスに分けることができます。さらに、スルホニウム中心の反応性に触発されて、プロパルギル基がMetに結合してチオールイン付加を引き起こし、環状ペプチドを形成しました。その後、粗ペプチドを乾燥し、アセトニトリルに溶解し、分離した後、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)で精製した。環状ペプチドの分子量は液体クロマトグラフィー質量分析(LC-MS)により確認し、環状ペプチドと還元剤との併用の安定性はHPLCを用いてさらに確認した。また、環状ペプチドのケミカルシフトを1H核磁気共鳴(1HNMR)スペクトルにより解析した。全体として、このプロトコルは、環状ペプチドを合成するための効果的な戦略を確立することを目的としていました。
タンパク質間相互作用(PPI)1は、医薬品の研究開発において極めて重要な役割を果たします。化学的手段によって立体構造が固定された安定化ペプチドを構築することは、PPIの模倣モチーフを開発するための最も重要な方法の1つです2。現在までに、PPIを標的とするいくつかの環状ペプチドが臨床使用のために開発されています3。ほとんどのペプチドは、コンフォメーションエントロピーを低下させ、代謝安定性、標的結合親和性、および細胞透過性を改善するためにαらせんコンフォメーションに拘束されています4,5。過去20年間で、Cys 6,7、リジン8,9、トリプトファン10、アルギニン11、およびMet 12,13の側鎖が非天然アミノ酸に挿入され、ペプチドを環状立体配座に固定してきました。このような環状ペプチドは、固有の化学空間または特別な部位を標的とすることができ、それによって共有反応を誘発してタンパク質-ペプチド共有結合を形成する14、15、16、17。Yuらによる最近の報告では、クロロアセトアミドがペプチドリガンドのドメインに固定され、優れたタンパク質特異性を有する共有結合反応を保証した18。さらに、アクリルアミドやアリールスルホニルフルオリド(ArSO2F)などの求電子性弾頭は、Walenskyらによってさらにペプチドに組み込まれ、安定化ペプチド共有結合阻害剤を形成し、ペプチド阻害剤の抗腫瘍効果を改善しました。したがって、タンパク質−ペプチドリガンド20を共有結合的に修飾するために追加の官能基を導入することが非常に重要である。これらの基は、側鎖上のタンパク質と反応するだけでなく、ペプチド21の二次構造を安定化させる。しかしながら、ペプチドリガンドによって誘導される共有結合修飾タンパク質の適用は、複雑な合成経路および化学基の非特異的結合のために制限される22,23。したがって、環状ペプチドの合成のための効果的な戦略が緊急に必要とされている。
環状ペプチド2,24,25,26の多様な戦略に触発されたこのプロトコルは、ペプチドを安定化するための簡単で効率的な方法を開発しようとしています。さらに、安定ペプチドの側鎖基は、ペプチドリガンドに空間的に近い場合、標的タンパク質と共有結合的に反応する可能性があることに気づきました。化学修飾されたMetの欠如は、選択的に修飾されたペプチドメチオニン27を製造するための新しい方法を開発することにより、2013年にデミンググループによって埋められました。このような背景に基づき、Shiらは、スルホニウム塩中心を形成する側鎖の閉環の開発に着目した。ペプチドリガンドが標的タンパク質と結合すると、スルホニウム塩基は空間的に近いCysタンパク質と共有結合的に反応します。近年、Shiらは、環状ペプチド28を安定化するための新しい方法を設計した。環状ペプチド上のスルホニウム塩を、可逆的に還元されたスルフヒドリル基を有する還元剤によってMetに還元した。しかしながら、反応は効率が低く、それはその後の生物学的応用研究に有害であった。現在の研究では、環状ペプチドの側鎖に単一のスルホニウム塩が残っているMet-Cysおよび臭化プロパルギル-Cys閉環反応が設計されました。スルホニウム塩は、空間的近接下でタンパク質Cysと共有結合的に反応する新しい弾頭として機能しました。簡単に説明すると、CysおよびMet変異ペプチドを分子内アルキル化によって環化し、その結果、オンテザースルホニウム中心が生成された。このプロセスでは、側鎖架橋の形成が環状ペプチドにとって重要でした。全体として、このプロトコルは、単純な反応条件および操作を使用して達成される詳細なスルホニウムベースのペプチド環化を記載する。目的は、さらに幅広い生物学的応用のための潜在的な方法を開発することです。
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1.機器の準備
注意: モルホリン、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、ジクロロメタン(DCM)、N,N-ジイソプロピルエチルアミン(DIPEA)、TFA、モルホリン、ピペリジン、ジエチルエーテル、およびメタノールは有毒で揮発性で腐食性があります。これらの試薬は、吸入、摂取、または皮膚接触によって人体に害を及ぼす可能性があります。すべての化学実験には、使い捨て手袋、実験用コート、保護眼鏡などの保護具を使用してください。
2. 樹脂製剤
注:カップリングペプチドの長さに応じて、ロードされる樹脂の量を選択してください。
3. N末端Fmoc脱保護
注:モルホリンによる脱保護には30分かかり、ピペリジンによる脱保護には5分かかります。
4. 直鎖状ペプチドの結合(図2)
注:合成ペプチド配列に2つ以上の繰り返し単位が含まれている場合、カップリング手順は、Fmoc-AA-OHやFmoc-AAA-OHなどのアミノ酸タイプを選択することによって直接実行できます。立体障害を有するいくつかの特殊なアミノ酸およびより長いアミノ酸配列を有するペプチドは、カップリングのための反応時間を適切に延長するために必要とされる。
5. MetとCysの間のビスアルキル化(図3)
6. プロパルギルスルホニウム塩環化反応(図4)
7. 環状ペプチドの精製
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すべての直鎖ペプチドは、標準的な手動Fmoc固相合成によってリンクアミドMBHA樹脂上で合成されました。モデル環状ヘキサペプチド(Ac(シクロI)−WMAAAC−NH2)を図5Aに記載されるように構築した。特に、Metアルキル化によって新しいオンテザーキラル中心が生成され、環状ペプチドの2つのエピマー(Ia、Ib)が逆相HPLCによって確認されました。また、エピマーの転化率および比率は、逆相HPLCの積分を用いて決定した。ヘキサペプチドAc−WMAAAC-NH2から生成された環状Ac−(シクロ−I)−WMAAAC−NH2ペプチド1−Iaおよび1−Ibは、明確な保持時間および同一の分子量を示した(図5B)。次に、図5Cに示すように、異なる官能基に対する環状ペプチドの耐性をさらに試験した。10個の直鎖状ペプチドのループ閉鎖効率をジハロゲン化リンカーを用いて評価したところ、全てのペプチドが対応する環状...
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本論文で説明する合成アプローチは、ペプチド配列中のCysおよびMetを用いて環状ペプチドを合成する方法を提供し、基本的な直鎖状ペプチドは一般的な固相ペプチド合成技術によって構築される。CysとMetの間の環状ペプチドのビスアルキル化の場合、合成経路全体は、樹脂上のCysの脱保護、リンカーのカップリング、およびトリフルオロ酢酸切断溶液中でのCysとMetの間の環化の3つの主要なプロセスに分けることができます。特に、Cysの保護基の除去は、その後の閉環反応にとって重要なステップであることが判明した。したがって、trt-Cysは脱保護され、これは溶液が明らかな黄色を示さなくなるまで行われた。さらなる研究では、CysとMetの間のビスアルキル化法によって開発された環状ペプチドは、ペプチドにアミノ酸CysとMetが含まれていることを条件に、さまざまなペプチドのループ閉鎖に拡張できることが示されました。さらに、ペプチド配列とリンカーは、実験デザインに従ってさらに調整することもできます(図5)。そのため、LC-MSによる合成のモニタリングが必要でした。
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著者は開示するものは何もありません。
我々は、中国の国家主要研究開発プログラム(2021YFC2103900)からの財政的支援を認める。中国自然科学財団の助成金(21778009、および21977010)。広東省自然科学財団(2022A1515010996および2020A1515010521):深セン科学技術イノベーション委員会(RCJC20200714114433053、JCYJ201805081522131455、およびJCYJ20200109140406047);深セン-香港脳科学研究所-深セン基礎研究機関助成金(2019SHIBS0004)。著者らは 、参考文献 30についてはThe Royal Society of ChemistryのChemical Science、参考文献31についてはThe Journal of Organic Chemistry、American Chemical Societyからのジャーナルサポートを認めています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1,3-ビス(ブロモメチル)-ベンゼン | エネルギーD0215 | ||
| 1,3-ジメチルバルビツール酸 | エネルギーA46873 | ||
| 1H NMRおよびHSQC | ブルカー | AVANCE-III 400 | |
| 1-ヒドロキシベンゾトリアゾール水和物 | エネルギー | E020543 | |
| 2-(7-アザベンゾトリアゾール-1-イル)-N,N,N',N'-テトラメチルウロニウムヘキサフルオロリン酸 (HATU) | エネルギー | A1797 | |
| 2-メルカプトピリジン | エネルギー | Y31130 | |
| 6-アミノカプロン酸 | エネルギー | A010678 | |
| 無水 | 酢酸エネルギー | A01021454 | |
| アセトニトリル | アルドリッチ | 9758 | |
| 炭酸アンモニウム | エネルギー | 12980 | |
| ジクロロメタン (DCM) | エネルギー | W330229 | |
| デジタル ヒーティング クーリング ドライバス | Thermo Scientific | 88880029 | |
| ジイソプロピルエチルアミン (DIPEA) | エネルギー | W320014 | |
| ジメチルホルムアミド (DMF) | エネルギー | B020051 | |
| ジチオスレイトール | エネルギー | A10027 | |
| エレクトロスプレーイオン化質量 | SHIMADZU2020 LC-MS2020 | ||
| Fmoc-Ala-OH | Nanjing Peptide Biotech Ltd | R30101 | |
| Fmoc-Arg(Pbf)-OH | Nanjing Peptide Biotech Ltd | R30201 | |
| Fmoc-Cys(Trt)-OH | Nanjing Peptide Biotech Ltd | R30501 | |
| Fmoc-Gln(Trt)-OH | Nanjing Peptide Biotech Ltd | R30601 | |
| Fmoc-Glu(OtBu)-OH | Nanjing Peptide Biotech Ltd | R30701 | |
| Fmoc-HIS(Boc)-OH | 南京ペプチドバイオテクノロジー株式会社 | R30902 | |
| Fmoc-Ile-OH | 南京ペプチドバイオテクノロジー株式会社 | R31001 | |
| Fmoc-Lys(Boc)-OH | 南京ペプチドバイオテクノロジー株式会社 | R31201 | |
| Fmoc-Met-OH | 南京ペプチドバイオテクノロジー株式会社 | R31301 | |
| Fmoc-Pro-OH | 南京ペプチドバイオテクノロジー株式会社 | R31501 | |
| Fmoc-Ser(tBu)-OH | 南京ペプチドバイオテクノロジー株式会社 | R31601 | |
| Fmoc-Thr(tBu)-OH | 南京ペプチドバイオテクノロジー株式会社 | R31701 | |
| Fmoc-TRP(Boc)-OH | 南京ペプチドバイオテクノロジー株式会社 | R31801 | |
| Fmoc-Tyr(tBu)-OH | 南京ペプチドバイオテクノロジー株式会社 | R31901 | |
| Fmoc-Val-OH | 南京ペプチドバイオテクノロジー株式会社 | R32001 | |
| ギ酸 | エネルギー | W810042 | |
| 高性能液体 クロマトグラフィー | 島津 | 製作所 LC-2030 | |
| メタノール | Aldrich | 9758 | |
| モルホリン | Aldrich | M109062 | |
| N,N'-ジイソプロピルカルボジイミド | エネルギー | B010023 | |
| ニンヒドリン試薬 | エネルギーN7285 | ||
| 化プロパルギル | W320293 | ||
| リンクアミドMBHA樹脂 | 南京ペプチドバイオテクノロジー株式会社 | ||
| 固相抽出(SPE)サンプル収集プレート | Thermo Scientific | 60300-403 | |
| テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム | エネルギー | T1350 | |
| 三方活栓 | バイオ・ラッド | 7328107 | |
| トリエチルアミン | エネルギー | B010737 | |
| トリフルオロ酢酸 (TFA) | J&K | 101398 | |
| トリイソプロピルシラン (TIS) | エネルギー | T1533 |
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