Er wordt een eenvoudig, goedkoop en nieuw apparaat gepresenteerd voor het uitvoeren van peptidesyntheses in vaste fase in een commerciële microgolfreactor.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Er wordt een eenvoudig, goedkoop en nieuw apparaat gepresenteerd voor het uitvoeren van peptidesyntheses in vaste fase in een commerciële microgolfreactor.
Een zelfgebouwd apparaat om peptidesynthese in de vaste fase (SPPS) uit te voeren, ondersteund door microgolfbestraling en verwarming, wordt gepresenteerd. In tegenstelling tot conventionele SPPS-reactievaten, die oplosmiddel en bijproducten afvoeren via een frit op de bodem van het vat, maakt het gepresenteerde apparaat gebruik van een gasdispersiebuis onder vacuüm om oplosmiddel, bijproducten en overtollige reagentia te verwijderen. Dezelfde gasdispersiebuis zorgt voor stikstofgasagitatie van de SPPS-korrels tijdens de reactiestappen van koppeling en deprotectie. Microgolfverwarming is gunstig voor SPPS-koppelingen van sterisch gehinderde residuen, zoals alfa-aminoisoboterzuur (Aib), een alfa-gebelkyleerd aminozuurresidu. Dit zelfgebouwde apparaat is gebruikt om, via handmatige Fmoc SPPS-methoden, heptamere en octamere peptiden te bereiden die worden gedomineerd door het Aib-residu, dat notoir moeilijk te koppelen is onder standaard kamertemperatuur en reagentia. Verder zijn typische commerciële microgolf SPPS-reactoren uitsluitend gewijd aan SPPS-synthese, waardoor ze ontoegankelijk zijn voor niet-SPPS-gebruikers. Daarentegen behoudt het gepresenteerde apparaat de veelzijdigheid van de microgolfreactor voor conventionele microgolfversnelling van chemische reacties, aangezien het apparaat triviaal is verwijderd uit de commerciële microgolfreactor.
Merrifield's introductie van vastefasepeptidesynthese SPPS in de jaren 1960 bracht een revolutie teweeg in peptide- en chemische syntheses en werd terecht beloond met een Nobelprijs voor Scheikunde 1,2. In de daaropvolgende decennia hebben veel onderzoekers de originele technieken van Merrifield verfijnd, wat heeft geleid tot twee alternatieven die de SPPS-praktijken domineren: op basis van fluorenylmethoxycarbonyl (FMOC) versus op basis van tert-butyloxycarbonyl (BOC)3. De uiteindelijke splitsing van het peptide uit vaste hars in FMOC vereist een cocktail met trifluorazijnzuur, in vergelijking met HF voor BOC-technieken, waardoor op FMOC gebaseerde methoden de voorkeur hebben van veel laboratoria.
State-of-the-art SPPS-methoden worden af en toe uitgedaagd door gewenste sequenties. In de afgelopen jaren is er vooruitgang geboekt bij het overwinnen van enkele idiosyncratische zorgen over aggregatie4, diketopiperazinevorming5 en N-gemethyleerde aminozuurresiduen6. In een poging om het koppelingsrendement te optimaliseren, zijn duizenden koppelingsreagentia en additieven onderzocht7. In het bijzonder is carbonzuuractivering via COMU 8,9 of zure fluoriden 10,11,12, samen met additieven zoals Oxyma13 en hydroxybenzotriazol (HOBt), ontwikkeld voor bijzonder uitdagende koppelingen, zoals die met α,α-dialkylate residuen.
Andere niet-reagensgebaseerde methoden zijn gebruikt om de opbrengst voor moeilijke koppelingen te verhogen, waaronder langere reactietijden, "dubbele koppeling" en verwarming, met name magnetronverwarming 14,15,16. In de handel verkrijgbare geautomatiseerde peptidesynthesizers die gebruik maken van microgolfverwarming behoren inderdaad tot de commercieel meest succesvolle eenheden op de markt, omdat ze de reactiesnelheden versnellen, de uiteindelijke zuiverheid van peptiden lijken te verbeteren en verspilling van oplosmiddelen minimaliseren. Helaas kunnen deze eenheden duur zijn en in sommige gevallen meer dan $ 100,000 kosten.
Ons laboratorium heeft belangen bij het bereiden van variaties van peptiden die het sterk helicogene residu van alfa-aminoisoboterzuur (Aib) bevatten17,18,19. Vanwege de sterische hinder die voortkomt uit de dialkylering van zijn alfa-koolstof, is Aib notoir moeilijk te koppelen. De hierboven genoemde methoden (zure fluoriden, microgolfverwarming20), evenals slimme "dipeptide" SPPS-chemie21, zijn gebruikt om SPPS aan te passen aan de koppelingsuitdagingen van Aib. De harsvrije bereiding van Aib-dimeren verbetert weliswaar de totale opbrengst, maar vereist extra natte chemie en verhoogde temperaturen (50 °C)21. Bovendien hebben we het gebruik van zure fluoriden van Aib vermeden vanwege de giftige aard van fluorerende middelen. Helaas ontbreekt het in ons laboratorium aan een speciale, op microgolven gebaseerde geautomatiseerde SPPS-synthesizer, met speciale reactievaten voor het noodzakelijke afvoeren van SPPS-bijproducten. Niettemin stimuleerde een recent rapport van de groep van Clayden, waaruit blijkt dat er spectaculair succes is geboekt bij het bereiden van op Aib gebaseerde oligomeren met behulp van SPPS en microgolfbestraling22, ons om de CEM Discover SP-microgolfeenheid van ons laboratorium aan te passen voor SPPS-syntheses.
We onderzochten eerst het in de handel verkrijgbare accessoire van CEM om de microgolfreactor om te bouwen tot een handmatige SPPS/microgolfeenheid23. Afgezien van de kosten, zou dit accessoire de toewijding van onze magnetroneenheid aan alleen handmatige SPPS vereisen. Andere laboratoriumgebruikers zouden niet langer toegang hebben tot de uitstekende mogelijkheden van de microgolfeenheid. Daarom werd de implementatie van het commerciële accessoire in ons geval onaanvaardbaar geacht.
In plaats daarvan hebben we, door middel van relatief goedkope componenten, een apparaat geassembleerd om microgolf-geassisteerde SPPS op de millimolaire schaal uit te voeren. Het onderstaande protocol beschrijft het gebruik van eenvoudige en relatief goedkope componenten om handmatige, microgolfondersteunde SPPS te effectueren.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. Zet het apparaat in elkaar (Figuur 1)
OPMERKING: Alle componenten voor het monteren van het apparaat zijn te vinden in de materiaaltabel.
2. Bereid reagentia voor
3. Bereiding van peptidehars
4. FMOC verwijderen
OPMERKING: Harsen zijn voorgeladen verkrijgbaar met een verscheidenheid aan FMOC-beschermde aminozuren die vooraf zijn geladen als de C-terminale residuen. Daarom is FMOC-verwijdering meestal de eerste stap na het zwellen van de hars.
5. Koppeling van FMOC-aminozuren
6. Herhaal SPPS-peptidecycli
7. Peptide splitsing
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Voorbeelden van peptidesequenties die met ons apparaat zijn bereid, worden weergegeven in Figuur 2 en Figuur 3. Tabel 1 geeft een overzicht van de oplossingen, microgolfparameters en wasbeurten die we hebben gebruikt. De bevestiging van MALDI-TOF massaspectrometrie wordt weergegeven in de figuren. Het massaherstel van deze peptiden was meer dan 80%. Het is veelbetekenend dat al deze sequenties meerdere koppeling...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het hier gepresenteerde apparaat roept een eenvoudige, nieuwe en goedkope methode op voor het verwijderen van oplosmiddelen, overtollige reagentia en afvalproducten, evenals het toevoegen van stikstofgasagitatie, tijdens microgolfondersteunde SPPS. In tegenstelling tot conventionele SPPS-vaten, die een frit op de bodem van het vat aanroepen, roept het gepresenteerde apparaat een gasdispersiebuis onder vacuüm op om het vat op te zuigen. Het reactievat is daarom een gewone reageerbuis, die...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben geen belangenconflicten te onthullen.
De auteurs zijn dankbaar voor de steun van de INSPIRE-beurzen van Fairfield University, de steun van het Department of Chemistry & Biochemistry van Fairfield University en de hulp van Dr. Dorothy Szobcynski voor haar expertise in het beheren van het laboratorium. Bovendien zijn de auteurs de professoren Jillian Smith-Carpenter en Aaron Van Dyke dankbaar voor hun discussies over peptide- en organische synthese. De auteurs waarderen de steun van het Publication Fund van het College of Arts & Sciences van Fairfield University.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| CEM Discover SP Microwave Reactor | CEM | Discontinued. Recently replaced in the product line by the Discover 2.0 | |
| Diisopropylcarbodiimide (DCC) | TCI America | ||
| Dimethylformamide (DMF) | Thermo Scientific Chemicals | ||
| Gas dispersion tube, micro, | Chemglass | CG-207-02 | medium porosity |
| micro septum | ChemGlass | CG-3022-20 | "NMR tube" type septum |
| Morpholine | Thermo Scientific Chemicals | ||
| N-Fmoc-protected Amino acids | |||
| Oyxma Pure | TCI America | ||
| Side-arm Ehrlenmeyer flask | Assorted vendors | Waste collection | |
| "Tee" | Idex | P-713 | ETFE |
| teflon tubing 1/8", | Restek | 25306 | OD x 0.063" ID, 3 m |
| Test tube (holder for reaction vessel external to microwave) | Assorted vendors | (30 x 175) | |
| Test tube (reaction vessel) | Corning Glass | 9820-25X | Pyrex 25 x 200 mm, rimless |
| Valve | Idex | P-721 | ETFE (2x) |
| Wang SPPS Resin, 1% crosslinked divinylbenzene, 100-200 mesh | Advanced ChemTech |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.