Синтез и анализ масс-спектрометрии Oligo-peptoids
Summary
Протокол описан для ручной синтеза oligo-peptoids следуют анализ последовательности по масс-спектрометрии.
Abstract
Peptoids являются контролируемой последовательности пептид подражая олигомеров, состоящей из N-алкилированные глицин единиц. Среди многих потенциальных приложений было подумал peptoids как тип хранения молекулярной информации. Масс-спектрометрия анализ рассматривался метод выбора для последовательности peptoids. Peptoids может быть синтезирован через твердой фазы химии, используя повторяющийся цикл реакции двухэтапный. Здесь мы представляем метод вручную синтезировать oligo-peptoids и анализировать последовательность peptoids, с использованием методов тандемные масс-спектрометрия (МС/МС). Образец peptoid является nonamer, состоящие из чередующихся N-(2-methyloxyethyl) глицин (Nme) и N-(2-phenylethyl) глицин (Npe), а также N-(2-аминоэтил) глицин (НАО) в N-terminus. Последовательность формула peptoid является Ac-Nae-(Npe-Nme)4-NH2, где Ac ацетильной группы. Синтез происходит в коммерчески доступных твердофазный реакции судна. Каток Амида смола используется в качестве твердой поддержки приносить peptoid с амидной группой в C-terminus. Полученный продукт peptoid подвергается последовательность анализа с помощью тройной квадрупольного масс-спектрометра в сочетании с источником ионизации электроспрей. МС/МС измерение производит спектр фрагмент ионов в результате диссоциации заряженных peptoid. Ионы фрагмент сортируются основаны на значениях коэффициента их масса заряд (m/z). Значения m/z ионов фрагмент сравниваются номинальной массы ионов теоретически предсказанных фрагмент, по схеме peptoid фрагментации. Анализ генерирует шаблон фрагментации взимается peptoid. Структуре фрагментации связан на мономера последовательность нейтральных peptoid. В этой связи МС анализа считывает последовательность информации peptoids.
Introduction
Peptoids — класс контролируемой последовательности полимеров с структур позвоночника, имитирует структуру пептиды. Peptoids могут быть синтезированы из различных аминов, который позволяет peptoids выставить высоко настраиваемых свойств1,2. Peptoids были использованы как молекулярные модели для биофизических исследований, считается терапевтических агентов и разработана как лигандов для белки3,4,5,6. Peptoids были разработаны в различных биологически активных соединений, например противообрастающих и антитела подражательный материалы, противомикробных препаратов и фермента ингибиторы7,8,9. С весьма упорядоченный и перестраиваемые природой peptoids также было подумал как тип молекулярной информации хранения10. Открытие этих различных приложений требует разработки эффективных аналитических методов охарактеризовать последовательность и структура peptoids. Тандем массы на основе спектрометрии методы показали обещание как метод выбора для анализа свойства последовательности контролируемой последовательности полимеров, включая, peptoids11,12,13 14,15. Однако систематические исследования сопоставление моделей фрагментации Ион peptoid, результатом массовых спектрометрии исследования и структурной информации peptoids весьма ограничены.
Peptoids могут быть легко синтезированы методом твердой фазы. Хорошо разработанный метод предполагает итерации двухэтапный мономера дополнением цикла16,17. В каждом цикле сложения смола прыгните Амин ацетилированные haloacetic кислоты (как правило, bromoacetic кислота, BMA), и это сопровождается перемещением реакции с Первичные амины. Хотя протоколы автоматизированного синтеза регулярно применялись для синтеза peptoid, peptoids может быть синтезирован вручную с отличные урожаи в стандартной химии лабораторные16,18,19, 20.
Наша лаборатория приняла метод ручной peptoid синтеза и упростить аппарат используемых в существующих методах. Ранее мы изучили фрагментации моделей серии peptoids с помощью МС/МС методы21,22,23. Наши результаты показывают, что peptoids производят характерные образовавшиеся, когда они подвергаются столкновения индуцированной диссоциации (CID)21,23 или захват электронов диссоциации (ECD)22 экспериментов. В этой статье мы демонстрируем, как oligo-peptoids может быть синтезирован в стандартной химическую лабораторию, как выполнять CID эксперименты с помощью тройной квадрупольного масс-спектрометра и как анализировать спектральные данные. Peptoid быть синтезированы и характеризуется является nonamer с N-терминальный ацетилирования и C-терминала amidation, Ac-Nae-(Npe-Nme)4-NH2. Структура peptoid показано на рисунке 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nonamer peptoid, Ac-Nae-(Npe-Nme)4-NH2, синтезирован с использованием представленные протокола. Синтез аппарат включает шприц как полипропиленовые твердофазный реакции судна и механический shaker. Реакционные сосуды, коммерчески доступных и недорогих. Механический shaker является общим аппара?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить г-н Майкл Коннолли и д-р Рональд Гилад (молекулярных литейного, Лоуренса Беркли национальной лаборатории) для поддержки технику в peptoid синтезе. Мы признаем поддержку от национального научного фонда (ЧЕ-1301505). Все масс-спектрометрии эксперименты были проведены на объекте спектрометрии массы химии в Университете Тихого океана.
Materials
| ESI-triple quadrupole mass spectrometer, Varian 320L | Agilent Technologies Inc. | The mass spectrometer was acquired from Varian, Inc. | |
| Varian MS workstation, Version 6.9.2, a data acquisition and data review software | Varian Inc. | The software is a part of the Varian 320L package | |
| Burrell Scientific Wrist-action shaker, Model 75 DD | Fisher Scientific International Inc. | 14-400-126 | |
| Hermle Centrifuge, Model Z 206 A | Hermle Labortechnik GmbH | ||
| Solid phase reaction vessel, 10 mL | Torviq | SF-1000 | |
| Pressure caps for reaction vessels | Torviq | PC-SF | |
| Syringe filters, pore size 0.2 μm | Fisher Scientific Inc. | 03-391-3B | |
| Syringe filters, pore size 0.45 μm | Fisher Scientific Inc. | 03-391-3A | |
| Polypropylene centrifuge tuges, 50 mL | VWR International, LLC. | 490001-626 | |
| Polypropylene centrifuge tuges, 15 mL | VWR International, LLC. | 490001-620 | |
| ChemBioDraw, Ultra, Version 12.0 | CambridgeSoft Corporation | CambridgeSoft is now part of PerkinElmer Inc. | |
| Styrofoam cup, 12 Oz | Common Supermarket | ||
| Rink amide resin | Chem-Impex International, Inc. | 10619 | |
| Piperidine | Chem-Impex International, Inc. | 02351 | Highly toxic |
| N, N’-diisopropylcarbodiimide | Chem-Impex International, Inc. | 00110 | Highly toxic |
| Bromoacetic acid | Chem-Impex International, Inc. | 26843 | Highly toxic |
| 2-Phenylethylamine | VWR International, LLC. | EM8.07334.0250 | |
| 2-Methyoxyethylamine | Sigma-Aldrich Co. LLC. | 241067 | |
| N-Boc-ethylenediamine | VWR International, LLC. | AAAL19947-06 | |
| Acetic anhydride | Sigma-Aldrich Co. LLC. | 252845 | |
| N, N-dimethylformamide | VWR International, LLC. | BDH1117-4LG | Further distillation before use |
| N, N-diisopropylethylamine | Chem-Impex International, Inc. | 00141 | |
| Triisopropylsilane | Chem-Impex International, Inc. | 01966 | |
| Trifluoroacetic acid | Chem-Impex International, Inc. | 00289 | Highly toxic |
| Millipore MILLI-Q Academic Water Purification System | Millipore Corporation | ZMQP60001 | For generating HPLC grade water |
| HPLC-grade Water | Produced from Millipore MILLI-Q® Academic Water Purification System | ||
| Methanol | Pharmco-Aaper | 339USP/NF | HPLC grade |
| Acetonitrile | Fisher Scientific International, Inc. | A998-4 | HPLC grade |
| Diethyl ether | VWR International, LLC. | BDH1121-19L | Further distillation before use |
| Dichloromethane | VWR International, LLC. | BDH1113-19L | Further distillation before use |
| Nitrogen gas | Fresno Oxygen/Barnes Supply | NIT 50-C-F | Ultra high purity, 99.9995% |
| Argon gas | Fresno Oxygen/Barnes Supply | ARG 50-C-F | Ultra high purity, 99.9995% |
References
- Sun, J., Zuckermann, R. N. Peptoid Polymers: A Highly Designable Bioinspired Material. ACS Nano. 7 (6), 4715-4732 (2013).
- Fowler, S. A., Blackwell, H. E. Structure-function relationships in peptoids: Recent advances toward deciphering the structural requirements for biological function. Org. Biomol. Chem. 7 (8), 1508-1524 (2009).
- Chongsiriwatana, N. P., Patch, J. A., Czyzewski, A. M., Dohm, M. T., Ivankin, A., Gidalevitz, D., Zuckermann, R. N., Barron, A. E. Peptoids that mimic the structure, function, and mechanism of helical antimicrobial peptides. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 105 (8), 2794-2799 (2008).
- Kruijtzer, J. A., Nijenhuis, W. A., Wanders, N., Gispen, W. H., Liskamp, R. M., Adan, R. A. Peptoid-Peptide Hybrids as Potent Novel Melanocortin Receptor. J. Med. Chem. 48 (13), 4224-4230 (2005).
- Liu, B., Alluri, P. G., Yu, P., Kodadek, T. A Potent Transactivation Domain Mimic with Activity in Living Cells. J. Am. Chem. Soc. 127 (23), 8254-8255 (2005).
- Patch, J. A., Barron, A. E. Helical Peptoid Mimics of Magainin-2 Amide. J. Am. Chem. Soc. 125 (40), 12092-12093 (2003).
- Ham, H. O., Park, S. H., Kurutz, J. W., Szleifer, I. G., Messersmith, P. B. Antifouling Glycocalyx-Mimetic Peptoids. J. Am. Chem. Soc. 135 (35), 13015-13022 (2013).
- Olivier, G. K., Cho, A., Sanii, B., Connolly, M. D., Tran, H., Zuckermann, R. N. Antibody-Mimetic Peptoid Nanosheets for Molecular Recognition. ACS Nano. 7 (10), 9276-9286 (2013).
- Olsen, C. A., Ziegler, H. L., Nielsen, H. M., Frimodt-Moeller, N., Jaroszewski, J. W., Franzyk, H. Antimicrobial, Hemolytic, and Cytotoxic Activities of β-Peptoid-Peptide Hybrid Oligomers: Improved Properties Compared to Natural AMPs. ChemBioChem. 11 (10), 1356-1360 (2010).
- Lutz, J. -. F., Ouchi, M., Liu, D. R., Sawamoto, M. Sequence-Controlled Polymers. Science. 341 (6146), 628 (2013).
- Altuntas, E., Schubert, U. S. “Polymeromics”: Mass spectrometry based strategies in polymer science toward complete sequencing approaches: A review. Anal. Chim. Acta. 808, 56-69 (2014).
- Paulick, M. G., Hart, K. M., Brinner, K. M., Tjandra, M., Charych, D. H., Zuckermann, R. N. Cleavable Hydrophilic Linker for One-Bead-One-Compound Sequencing of Oligomer Libraries by Tandem Mass Spectrometry. J. Comb. Chem. 8 (3), 417-426 (2006).
- Thakkar, A., Cohen, A. S., Connolly, M. D., Zuckermann, R. N., Pei, D. High-Throughput Sequencing of Peptoids and Peptide-Peptoid Hybrids by Partial Edman Degradation and Mass Spectrometry. J. Comb. Chem. 11 (2), 294-302 (2009).
- Sarma, B. K., Kodadek, T. Submonomer Synthesis of A Hybrid Peptoid-Azapeptoid Library. ACS Comb Sci. 14 (10), 558-564 (2012).
- Li, X., Guo, L., Casiano-Maldonado, M., Zhang, D., Wesdemiotis, C. Top-Down Multidimensional Mass Spectrometry Methods for Synthetic Polymer Analysis. Macromolecules. 44 (12), 4555-4564 (2011).
- Figliozzi, G. M., Goldsmith, R., Ng, S. C., Banville, S. C., Zuckermann, R. N. Synthesis of N-substituted glycine peptoid libraries. Methods Enzymol. 267, 437-447 (1996).
- Zuckermann, R. N., Kerr, J. M., Kent, S. B. H., Moos, W. H. Efficient method for the preparation of peptoids [oligo(N-substituted glycines)] by submonomer solid-phase synthesis. J. Am. Chem. Soc. 114 (26), 10646-10647 (1992).
- Utku, Y., Rohatgi, A., Yoo, B., Kirshenbaum, K., Zuckermann, R. N., Pohl, N. L. Rapid Multistep Synthesis of a Bioactive Peptidomimetic Oligomer for the Undergraduate Laboratory. J. Chem. Educ. 87 (6), 637-639 (2010).
- Tran, H., Gael, S. L., Connolly, M. D., Zuckermann, R. N. Solid-phase submonomer synthesis of peptoid Polymers and their self-assembly into highly-ordered nanosheets. J. Visualized Exp. (57), e3373 (2011).
- Bolt, H. L., Cobb, S. L., Denny, P. W. An Efficient Method for the Synthesis of Peptoids with Mixed Lysine-type/Arginine-type Monomers and Evaluation of Their Anti-leishmanial Activity. J Vis Exp. (117), (2016).
- Morishetti, K. K., Russell, S. C., Zhao, X., Robinson, D. B., Ren, J. Tandem mass spectrometry studies of protonated and alkali metalated peptoids: Enhanced sequence coverage by metal cation addition. Int. J. Mass Spectrom. 308 (1), 98-108 (2011).
- Bogdanov, B., Zhao, X., Robinson, D. B., Ren, J. Electron Capture Dissociation Studies of the Fragmentation Patterns of Doubly Protonated and Mixed Protonated-Sodiated Peptoids. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 25 (7), 1202-1216 (2014).
- Ren, J., Tian, Y., Hossain, E., Connolly, M. D. Fragmentation Patterns and Mechanisms of Singly and Doubly Protonated Peptoids Studied by Collision Induced Dissociation. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 27 (4), 646-661 (2016).
