Opisana jest efektywna synteza peptydów w fazie stałej funkcjonalizowanego trimera bis-peptydowego wykorzystująca procedurę "bezpiecznego chwytania" z żywicy HMBA.
Method Article
Opisana jest efektywna synteza peptydów w fazie stałej funkcjonalizowanego trimera bis-peptydowego wykorzystująca procedurę "bezpiecznego chwytania" z żywicy HMBA.
W 1962 roku R.B. Merrifield opublikował pierwszą procedurę wykorzystującą syntezę peptydów w fazie stałej jako nowatorską metodę efektywnej syntezy peptydów. Technika ta szybko okazała się korzystna w porównaniu z jej poprzedniczką w fazie roztworu, zarówno pod względem czasu, jak i pracy. Ulepszenia dotyczące charakteru solidnego wsparcia, stosowanych grup ochronnych i metod łączenia stosowanych w ciągu ostatnich pięćdziesięciu lat tylko zwiększyły użyteczność oryginalnego systemu Merrifielda. Obecnie do syntezy peptydów najczęściej stosuje się strategię ochrony opartej na Boc i rozszczepialnej żywicy zasadowo-nukleofilowej lub strategię ochrony opartej na Fmoc i kwaśnej żywicy rozszczepialnej, zapoczątkowaną przez R.C. Shepparda1.
Zainspirowani solidną strategią Merrifield, opracowaliśmy strategię syntezy Boc/tert-butylu w fazie stałej do składania funkcjonalizowanych bis-peptydów2, która jest opisana tutaj. Zastosowanie syntezy fazy stałej w porównaniu z metodologią fazy roztworu jest nie tylko korzystne zarówno pod względem czasu, jak i pracy, jak opisano w Merrifield1, ale także pozwala na większą łatwość syntezy bibliotek bis-peptydowych. Synteza, którą tutaj demonstrujemy, obejmuje końcowy etap rozszczepienia, który wykorzystuje dwuetapowy mechanizm "bezpiecznego zaczepienia" do uwalniania funkcjonalizowanego bis-peptydu z żywicy poprzez tworzenie diketopiperazyny.
Bis-peptydy to sztywne, spiro-drabinkowe oligomery bis-aminokwasów, które są w stanie pozycjonować funkcjonalność w przewidywalny i projektowalny sposób, kontrolowany przez typ i stereochemię jednostek monomerycznych oraz łączność między każdym monomerem. Każdy bis-aminokwas jest stereochemicznie czystym, cyklicznym rusztowaniem, które zawiera dwa aminokwasy (kwas karboksylowy z α-aminą)3,4. Nasze laboratorium bada obecnie potencjał funkcjonalnych bis-peptydów w wielu różnych dziedzinach, w tym w katalizie, interakcjach białko-białko i nanomateriałach.
1. Konfiguracja
2. Ładowanie pierwszego bis-peptydu na żywicę
3. Deprotekcja pierwszego bis-peptydu i jednoczesne zamykanie żywicy
4. Sprzężenie Funkcjonalizowane Bis-Aminokwasy chronione Boc/tBu
5. Deprotekcja funkcjonalizowanego bis-aminokwasu chronionego przed Boc/tBu
6. Powtórz kroki 4 i 5 zgodnie z potrzebami, aby zsyntetyzować ukierunkowany bis-peptyd.
7. Funkcjonalizacja końca Bis-peptydu Prolidine
8. Deprotekcja fmoc i acylacja czwartorzędowego końca bis-peptydu
9. Usuń grupę Boc z aminokwasu związanego z żywicą i rozszczep od żywicy
10. Oczyszczanie bis-peptydu
11. Metody oceny
12. Reprezentatywne wyniki
Podano przykład zarówno surowych (Rysunek 4), jak i oczyszczonych (Rysunek 5) śladów LCMS. Oczekuje się, że oczyszczone plony wyniosą około 10% przy użyciu metod opisanych powyżej.

Rysunek 1. Schemat układu doświadczalnego do syntezy w fazie stałej.

Rysunek 2. Odpowiednie nazewnictwo bis-aminokwasów/bis-peptydów.

Rysunek 3. Ogólny schemat syntetyczny. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą postać.

Rysunek 4a. HPLC śladowe ilości produktu surowego przy długości fali 274 nm.

Rysunek 4b. MS Widmo piku produktu naftowego.

Rysunek 5a. HPLC śladowe ilości oczyszczonego produktu przy 274 nm.

Rysunek 5b. MS Widmo piku oczyszczonego produktu.
Przedstawione w niniejszym dokumencie podejście syntetyczne zapewnia metodę syntezy funkcjonalizowanych bis-peptydów z bloków budulcowych bis-aminokwasów przy użyciu powszechnych technik syntezy peptydów w fazie stałej. Synteza monomerów tych bloków budulcowych "Pro4" z trans-4-hydroksyproliny3 jest wysoce skalowalna i została pomyślnie zakończona do etapu hydantoiny w skali 600 mmol (234 g) (niepublikowana). Gdy monomery są już w ręku, zastosowanie technik fazy stałej zapewnia szybszą metodę syntezy bis-peptydów niż nasza obecna metodologia fazy roztworu4 , eliminując potrzebę przeprowadzania reakcji i oczyszczania pośredniego.
Podstawowym wyzwaniem w syntezie w fazie stałej jest diagnozowanie postępów w syntezie i rozwiązywanie problemów, ponieważ nie izoluje się żadnych produktów pośrednich. Doprowadziło to do opracowania wielu testów kolorymetrycznych, w tym testów mających na celu określenie, czy wolne aminy (test Kaisera10) lub wolne hydroksyle (test czerwieni metylowej7) są narażone na żywicę. Niestety, powszechnie stosowany test Kaisera10 nie ma ogólnego zastosowania w naszej syntezie w fazie stałej ze względu na prawie wyłączne użycie amin drugorzędowych lub amin przyłączonych do węgla czwartorzędowego. Inne opcje oceny żywicy HMBA obejmują testowe rozszczepienia przy użyciu nukleofilu, takiego jak hydrazyna11, ilościowe rozszczepienie Fmoc monitorowane przez UV/Vis1,11 oraz wychwytywanie i analizowanie przychodzących związków aktywowanych.
Kolejną pomijaną kwestią w syntezie w fazie stałej jest powtarzalny charakter etapów syntezy wymaganych przez operatora. Mając to na uwadze, autorzy zdecydowanie zalecają korzystanie z arkusza kalkulacyjnego lub listy kontrolnej podczas wykonywania jakiejkolwiek ręcznej syntezy peptydów w fazie stałej.
Trudność w stosowaniu bis-peptydów do syntezy w fazie stałej w porównaniu ze zwykłymi α-aminokwasami obejmuje możliwość trudniejszych sprzężeń ze względu na przeszkodę steryczną, potrzebę zamykania diketopiperazyny na żywicy i jednoczesną deprotekcję (Boc/tBu; Cbz/tBu). Kolejną trudnością jest osiągnięcie ilościowego uwalniania z żywicy przy użyciu tej metody "bezpiecznego chwytania" w porównaniu z bardziej konwencjonalnymi środkami. Mając na uwadze te czynniki, bardzo możliwe, że uda się osiągnąć dalszą optymalizację tej metody, a w naszej grupie trwają obecnie wysiłki na rzecz ulepszenia prezentowanej tutaj metody.
Produkcja i bezpłatny dostęp do tego artykułu jest sponsorowany przez Agencję Redukcji Zagrożeń Obronnych Stanów Zjednoczonych.
Autorzy chcieliby podziękować dr Zachary'emu Z. Brownowi i Jennifer Alleva za początkowy rozwój tej techniki syntezy fazy stałej oraz Matthew F.L. Parkerowi za pomocne dyskusje. Prace te są wspierane przez Agencję Redukcji Zagrożeń Obronnych (DOD-DTRA) (HDTRA1-09-1-0009) oraz nagrodę Horst Witzel Fellowship Award wspieraną przez Cephalon, Inc.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| HMBA-Am Żywica | Novabiochem, EMD Millipore | 855018 | |
| MSNT | Novabiochem, EMD Millipore | 851011 | |
| NMI | Sigma-Aldrich | 336092 | Toksyczna, |
| DCM | Sigma-Aldrich | D65100 | Rakotwórczy |
| bezwodny DCM | Acros Organics | 34846 | Rakotwórczy |
| 33% bromowodór w kwasie octowym | Sigma-Aldrich | 248630 | Toksyczny,, opary po |
| otwarciu DIPEA | Sigma-Aldrich | 387649 | Łatwopalny, toksyczny, |
| DMF | Fisher Scientific | AC27960 | Łatwopalny, toksyczny |
| Bezwodny DMF | Acros Organics | 34843 | Łatwopalny, toksyczny |
| HOAt | GenScript | C01568 | |
| DIC | Acros Organics | BP590 | Łatwopalny, toksyczny, |
| TFA | Sigma-Aldrich | T6508 | Toksyczny, |
| WSKAZÓWKI | Acros Organics | 21492 | Łatwopalny, toksyczny |
| Piperydyna | Sigma-Aldrich | 104094 | Łatwopalny, toksyczny, |
| HATU | GenScript | C01566 | Toksyczny |
| NMP | Acros Organics | 36438 | Toksyczny |
| DMAP | Novabiochem, EMD Millipore | 851055 | Toksyczna |
| czerwień metylowa | Sigma-Aldrich | 250198 | |
| THF | Sigma-Aldrich | 401757 | Łatwopalny, toksyczny, tworzący nadtlenek |
| Pyrrolidyna | Sigma-Aldrich | P73803 | Łatwopalny, toksyczny, |
| dimetylosulfotlenek | Fisher Scientific | D1281 | |
| SPPS Naczynia reakcyjne | Grace | 211108 | |
| LCMS | Agilent Technologies | 1200 Series | |
| Semi-Prep LC | Hewlett-Packard | 1100 Series | |
| Liofilizator | Labconco Corp. | ||
| Rotovapor | Buchi | R-210 Series | |
| Argon | Airgas | AR PP300CT |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission