이 프로토콜은 방향족 가교를 갖는 고리형 세포 침투 펩타이드의 합성과 생물학적 장벽을 통한 투과성 평가를 설명합니다.
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이 프로토콜은 방향족 가교를 갖는 고리형 세포 침투 펩타이드의 합성과 생물학적 장벽을 통한 투과성 평가를 설명합니다.
암은 세계 보건에서 큰 도전이었습니다. 그러나 복잡한 종양 미세 환경은 일반적으로 더 깊은 종양 세포에 대한 치료제의 접근을 제한하여 종양 재발을 유발합니다. 생물학적 장벽의 제한된 침투를 극복하기 위해 세포 침투 펩타이드(CPP)가 우수한 막 전위 능력을 가지고 발견되었으며 다양한 화물을 세포로 전달하는 데 유용한 분자 수송체로 부상했습니다. 그러나 기존의 선형 CPP는 일반적으로 단백질 분해 안정성이 손상되어 생물학적 장벽을 가로지르는 투과성을 제한합니다. 따라서, 생물학적 장벽을 뚫을 수 있고 향상된 단백질 분해 안정성을 나타낼 수 있는 신규한 분자 수송체의 개발은 생물의학 응용에서 약물 전달 효율을 촉진하기 위해 매우 요구되고 있다. 우리는 이전에 방향족 가교결합을 가진 짧은 고리형 CPP 패널을 합성했으며, 이는 선형 CPP에 비해 암세포와 조직에서 우수한 투과성을 나타냈습니다. 여기에서는 형광 표지된 고리형 폴리아르기닌 R8 펩타이드 및 그 선형 대응물의 합성과 세포 투과성을 조사하기 위한 주요 단계에 대한 간결한 프로토콜이 설명되어 있습니다.
지난 수십 년 동안 약물 전달을 위한 세포 침투 펩타이드(CPP) 개발이 급속히 발전했습니다. CPP는 신경 질환 1,2, 심장 질환3, 당뇨병4, 피부병5 및 암 6,7을 포함한 다양한 생명을 위협하는 질병의 치료를위한 분자 수송체로 널리 사용되었습니다. 암은 광범위한 연구 노력에도 불구하고 높은 이환율과 사망률을 동반하는 전 세계적인 건강 부담으로 남아 있습니다8. 암 치료의 심각한 장애물은 조밀한 세포외 기질(ECM), 비정상적인 종양 혈관 구조, 다막 장벽 및 높은 간질액 압력(IFP)과 같은 생리학적 장벽으로 인해 더 깊은 종양 세포에 대한 치료제의 제한된 접근입니다9. 따라서 생물학적 장벽을 넘어 화물을 운송할 수 있는 우수한 능력을 가진 새로운 CPP를 개발하는 것은 암 치료를 위한 필수 전략으로 간주됩니다10,11.
CPP는 물리화학적 특성12의 관점에서 양이온성, 양친매성 및 소수성 CPP로 분류할 수 있습니다. 이 중 양전하를 띤 HIV-TAT 펩타이드와 합성 폴리아르기닌은 생물의학 연구에서 상당히 중요하며 세포 내 약물 전달을 촉진하기 위해 광범위하게 연구되었습니다13. Tunnemann et al.은 R3 내지 R12 펩티드를 사용하여 수행된 세포 투과성 연구에 기초하여, 합성 폴리아르기닌 펩티드의 효율적인 세포 침투를 위해 8개의 아르기닌의 최소 길이가 필수적이라고 보고하였다14. 그러나, 이들 CPP는 일반적으로 생체 내에서 이들의 빠른 가수분해로 인해 짧은 혈장 반감기를 갖는다. 또한, 다중 세포막을 관통하는 것이 어렵기 때문에 이들의 트랜스-배리어 능력을 증가시키기 위한 CPP의 화학 구조의 최적화에 관해서는 알려진 바가 거의 없다(15). 따라서, 약물 전달 효율을 향상시키기 위해 생물학적 장벽을 관통할 수 있는 신규한 분자 수송체의 개발이 강력히 요구되고 있다. 2020년 Komin 등16 은 상피 단층을 가로지르는 나선 모티프(RLLRLLR)와 폴리아르기닌 꼬리(R7)를 포함하는 CL 펩타이드라는 CPP를 발견했습니다. CL 펩티드 변이체 세트는 또한 나선형 패턴을 변경하여 합성되었습니다. 이 탐사는 생물학적 장벽을 넘어 화물을 운송하기 위한 새로운 CPP 개발을 위한 중요한 지침이 될 수 있습니다. 또한, Dietrich et al. StAX 펩티드의 세포 투과성을 최적화하여 펩티드17의 전반적인 소수성을 증가시킴으로써 Wnt/β-카테닌 신호전달 경로를 억제하였다.
고리화에 의한 구조화되지 않은 선형 펩티드의 구조적 제한은 그들의 단백질 분해 안정성 및 투과성을 향상시키는 효과적인 방법이다18,19,20. 구조적 강화는 고리형 펩타이드의 프로테아제 저항성을 증가시켜 선형 펩타이드에 비해 생체 내에서 더 안정적으로 만듭니다. 또한, 펩티드의 고리화는 분자내 수소 결합을 촉진함으로써 잠재적으로 극성 펩티드 골격을 가릴 수 있고, 따라서 펩티드(21)의 막 투과성을 증가시킬 수 있다. 지난 20년 동안 화학선택적 고리화 방법은 모든 탄화수소, 락탐, 트리아졸, m-자일렌, 퍼플루오로아릴 및 기타 가교 결합과 같은 다양한 구조를 가진 고리형 펩타이드의 구성을 위한 효과적인 전략이 되었습니다22,23. 정교한 종양 미세 환경에 의해 부과된 생물학적 장벽은 고형 종양에서 약물의 침투를 감소시킬 수 있다24. 우리는 이전에 순환 CPP가 선형 CPP에 비해 효소 소화에 대해 우수한 저항성을 나타냈다는 것을 발견했다20. 또한, 펩타이드의 전반적인 소수성은 세포 투과성 향상에 매우 중요하다22. 위에서 논의한 연구를 기반으로 양전하를 띤 패턴, 증가된 전체 소수성 및 향상된 단백질 분해 안정성의 조합이 생물학적 장벽을 가로질러 CPP의 투과성을 증가시키는 가설을 세울 수 있습니다. 최근 연구에서, 우리는 위치 i와 i+7에서 방향족 가교결합을 갖는 두 개의 순환 CPP를 확인했는데, 이는 선형 CPP에 비해 종양 세포와 조직에서 향상된 투과성을 나타낸다15. 여기에서는 형광 표지된 순환 CPP의 합성을 위한 간결한 합성 프로토콜과 투과성을 조사하기 위한 주요 단계를 제시합니다.
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1. 장비 준비
알림: 적절한 개인 보호 장비를 사용하여 작동 흄 후드에서 모든 절차를 수행하십시오.
2. FITC 표지 선형 R8 펩타이드(FITC-R8) 및 FITC 표지 스테이플 R8 펩타이드(FITC-sR8-4)의 합성
참고: 펩타이드는 표준 Fmoc 기반 고체상 펩타이드 합성(SPPS) 프로토콜25에 따라 합성되었습니다. 4-(2',4'-Dimethoxypheyl-Fmoc-aminomethyl)-phenoxyacetamido-norleucyl-MBHA 수지(링크 아미드 MBHA 수지, 재료 표 참조)를 연구 전반에 걸쳐 사용했습니다.
주의: N, N-디메틸포름아미드(DMF), N,N-디이소프로필에틸아민(DIPEA), 모르폴린 및 디클로로메탄(DCM)은 모두 무색이며 피부를 통해 흡입하거나 흡수하면 손상됩니다. 에테르는 매우 가연성입니다. 1,2-에탄디티올(EDT)은 특히 냄새가 나는 물질입니다. 트리플루오로아세트산(TFA)은 부식성이 강하고 산도가 아세트산의 105 배입니다. 결과적으로 모든 시약과 화학 물질은 흄 후드의 보호 장비를 사용하여 처리해야 합니다.
3. FITC 표지 펩타이드의 정량
4. 소 태아 혈청(FBS)에서 펩타이드의 안정성
5. 펩타이드의 세포 흡수
6. transwell 모델을 이용한 펩타이드의 세포 간 침투 탐색
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이 프로토콜에서는 선형 폴리아르기닌 R8을 고리형 형태로 제한하는 합성 절차가 제시되었습니다. SPPS는 간단한 장치를 사용하여 수동으로 수행되었습니다(그림 1). SPPS의 상세한 합성 공정은 그림 2에 나와 있습니다. 간략하게, 수지를 충분히 팽윤시키고, 이어서 N α-Fmoc 보호기의 탈보호가 뒤따랐다. 이어서, N α-Fmoc-보호된 아미노산을 펩티드 조립이 완료될 때까지 레진 상에 앵커링하였다(도 2의 단계 1-4). 이어서, 미정제 펩티드를 절단 칵테일에 의해 수지로부터 절단하였다(도 2의 단계 5). FITC는 형광 표지된 순환 CPP를 합성하고 생물학적 장벽을 가로지르는 투과성을 추적하기 위해 펩타이드를 표지하는 데 사용되었습니다. ...
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구조적 제약을 통합함으로써 펩티드의 화학적 안정화는 펩티드26의 안정성 및 세포 투과성을 개선하기 위한 효과적인 전략인 것으로 입증되었다. 이 프로토콜에서는 방향족 가교를 갖는 고리형 CPP의 합성 및 생물학적 장벽에 걸친 투과성 평가를 위한 단계별 절차가 설명됩니다. 친수성 락탐 또는 트리아 졸 가교 결합22,27과 비교하여, 방향족 가교 결합 (이 연구에서 사용됨)의 통합은 CPP의 전반적인 소수성을 향상시켜 세포 투과성을 크게 증가시킵니다. 반면에, 펩타이드 고리화는 금속 촉매 없이 시스테인과의 치환 반응을 통해 쉽게 달성할 수 있습니다. 이 프로토콜에서 CPP의 고리화는 수지에서 수행되었습니다. 그러나, 고리화 효율은 또한 입체 효과로 인한 펩티드의 특정 서열 및 길이에 의존하며, 이는 이량체 부산물28의 형성을 초래할 수 있다. 이...
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저자는 공개 할 것이 없습니다.
이 연구는 중국 자연 과학 재단 (21708031), 중국 박사후 과학 재단 (BX20180264, 2018M643519) 및 중앙 대학 기초 연구 기금 (2682021ZTPY075)의 지원을 받고 있습니다.
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| 형광 현미경 | Carl Zeiss | Axio Observer 7 | |
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| Fmoc-β Ala-OH | Adamas | 51341C | |
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