Summary
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。
Abstract
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。
Introduction
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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Protocol
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。
- 図1に示すように、標準的な手動Fmocベースの固相ペプチド合成(SPPS)29によって、リンクアミド4-メチルベンズヒドリルアミン(MBHA)樹脂上にすべてのペプチド基質を構築します。
- 直鎖状ペプチドを構築するための2つのオプションのいずれかを使用します:1つは、縮合剤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ホスフェート(HATU)およびDIPEAの試薬を利用してペプチドを合成します。または2つ、アミド縮合試薬として1-ヒドロキシベンゾトリアゾール(HOBT)およびN,N'-ジイソプロピルカルボジイミド(DIC)を利用して合成します。ペプチドの配列に応じて、ペプチド合成に適したプロトコルを選択してください。
- 手動ペプチド合成装置を確立するには、ヒュームフードに改造真空固相抽出装置を設置し、三方活栓で接続します。次に、ポリプロピレン製フィルターカートリッジまたはガラスリアクターを窒素(N2)ガスに接続したまま装置上に置きます。
注意: 真空固相抽出装置を変更するには、抽出チューブを取り外し、真空密閉システムを維持します。 - MBHA樹脂を樹脂充填カラムにロードし、DMFに溶解します。N2 バブリングのために三方活栓のスイッチを調整し、次に真空システムに接続された作動ポンプを使用してカラム内の溶媒を除去する。次の式を使用して、必要なアミノ酸または縮合剤の量を計算します。
アミノ酸(g)と縮合剤(g)=樹脂スケール(g) ×樹脂負荷容量(mM/g)×当量(5当量)×分子量(g/M)
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。アミノ酸の複数当量(当量)は、より完全に反応するために使用されます。液体溶媒は、密度によって体積に変換する必要があります。5当量は、計算された化合物の入力量が5倍に増幅されることを示す。
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。
- 302 mgのリンクアミドMBHA樹脂(0.331 mM/g負荷)をカラム(20 mLリザーバー)に計量します。5〜10 mLのDCMまたはDMFをカラムに加え、N2 バブリング下で30分間樹脂を膨潤させます。
- 次に、N2 スイッチを閉じ、真空ポンプ吸引スイッチをオンにして溶剤を除去します。その後、DCM(5-10 mL)およびDMF(5-10 mL)で樹脂を5回順次洗浄します。
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。
- N末端9-フルオレニルメチルオキシカルボニル(Fmoc)脱保護溶液を調製する:Fmoc基脱保護用のガラス容器にDMF中の20%(v/v)ピペリジンまたは50%(v/v)モルホリンを十分な容量(500 mL)で調製します。
- 10 mLの脱保護溶液をカラムに加え、N2 を溶液に30分または5分間2xバブリングし、脱保護手順を2x繰り返します。
- 溶液を真空ポンプで排出し、DCM(5-10 mL)とDMF(5-10 mL)で樹脂を5回順次洗浄します。
- 脱保護のたびに5%ニンヒドリン(カイザー試験)により樹脂を暗黄色溶液として検出し、カップリング工程前にFmoc基の不在を確認した。詳細には、少量の樹脂にDMF1 mLを加え、130°Cで3分間加熱したガラス管に5%ニンヒドリン200 μLを加えて樹脂色の変化を評価します。
- 溶液を真空ポンプで排出し、DCM(5-10 mL)とDMF(5-10 mL)で樹脂を5回順次洗浄します。
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。
- 単一のカップリングステップでは、例としてCys残基のカップリングを取り上げます(300 mgの樹脂スケールを合成します)。ポリプロピレンチューブにFmoc-Cys(Trt)-OH(5当量、292 mg)およびHATU(5当量、206 mg)またはFmoc-Cys(Trt)-OH(5当量、292 mg)およびHOBT(5当量、106 mg)を含む混合溶液を調製し、3 mLのDMFに溶解します。
- 173 μLのDIPEA(10当量)または154 μLのDIC(10当量)をCysの溶液に加え、アミノ酸を活性化します。混合物を1分間予熱させます。混合物を樹脂と共にカラムに加え、N 2で2 時間泡立てる。
注:必要な特定の反応時間は、5%ニンヒドリンを検出するために標準化する必要があります。 - カップリング後、少量の樹脂にDMF1 mLを加え、130°Cで3分間加熱したガラス管に5%ニンヒドリン200 μLを加えます。樹脂が無色に変化するのを観察し、脱保護工程の前に遊離アミノ基がないことを確認します。
- 真空ポンプを使用して溶液を排出し、DCM(5-10 mL)およびDMF(5-10 mL)で樹脂を5回順次洗浄します。
- 10 mLの脱保護溶液をカラムに加え、N 2で30分または5分間2回バブリングし、新しい溶液を加えて、脱保護手順を2 回繰り返します。
- 次の手順を繰り返します:Fmocグループの脱保護。樹脂脱保護の検出;樹脂を洗う。アミノ酸を結合する。カップリング反応を検出する。すべてのペプチドが合成されるまでカップリングステップを繰り返します。
注:カイザーテストを使用して、脱保護のすべてのステップが完了しているかどうか、またはアミノ酸カップリングの各ステップが完全であるかどうかを監視します。あるいは、少量のペプチドを樹脂から切断し、カップリングが成功したかどうかをLC-MSで確認することもできます。
5. MetとCysの間のビスアルキル化(図3)
- ステップ4.1〜4.6を繰り返して、MetとCysで線状ペプチドを構築します。脱水用の樹脂を含むカラムに無水メタノール10 mLを加え、直鎖状ペプチドカップリング後に次の使用のためにN2 で乾燥します(2回繰り返します)。
- 前のステップで得られた樹脂100 mgをカラム(20 mLリザーバー)に計量し、カップリングステップの前にDCM(5-10 mL)とDMF(5-10 mL)で樹脂を洗浄します。
- Cys trt(トリチル)保護基を除去するための溶液を調製する。保護基を除去するために、ガラス容器に十分な容量(100 mL)のTFA/TIS/DCM(3:5:92)混合物を調製します。
- TFA/TIS/DCM(3:5:92)の溶液5〜10 mLをカラムに加え、保護基を10分間除去します。黄色が完全に消えるまでN2 バブリングしながら6回繰り返します。
- 溶液を真空ポンプで排出し、DCM(5-10 mL)とDMF(5-10 mL)で樹脂を5回順次洗浄します。
- 脱保護されたCysと反応するための溶液を調製する。脱保護されたCysと反応するためのジハロゲン化リンカー(2当量)およびDIPEA(4当量)を含む十分な容量(50 mL)の混合溶液(DMF)を調製します。
- 5〜10mLの反応溶液をカラムに加え、N2 バブリングで少なくとも3時間脱保護されたCysと反応させる。無水メタノールで脱水し、次の使用のためにN2 で乾燥させる。
- 溶液を真空ポンプで排出し、DCM(5-10 mL)とDMF(5-10 mL)で樹脂を5回順次洗浄します。
- ペプチド環化のための溶液を調製する:ペプチド環化のためにヒュームフード内のガラス容器に十分な容量(20 mL)のTFA混合物(TFA:TIS:H 2 O = 95:2.5:2.5)を調製する。
- 5〜10 mLのTFA混合溶液をポリプロピレンチューブに加え、TFAカクテルの下で樹脂を3時間切断します。
注意: TFAは非常に腐食性で刺激性があります。ペプチド切断プロセスは、ヒュームフード内で行う必要があります。 - ステップ7.1〜7.5を実行して、逆相液相精製(HPLC)により直鎖状ペプチド溶液を得る。次の使用のために溶液を凍結乾燥します。
6. プロパルギルスルホニウム塩環化反応(図4)
- ステップ4.1〜4.6を繰り返して、MetとCysで線状ペプチドを構築します。脱水用の樹脂を入れたカラムに無水メタノール10 mLを加え、直鎖状ペプチドカップリング後に次の使用のためにN2 で乾燥します(2回繰り返します)。
- 前のステップで得られた樹脂100 mgをカラム(20 mLリザーバー)に計量し、カップリングステップの前にDCM(5-10 mL)とDMF(5-10 mL)で樹脂を洗浄します。
- ステップ7.1〜7.5を実行してHPLCで直鎖状ペプチド溶液を取得し、前述のようにサンプルを凍結乾燥して次の使用にします。
- 1%HCOOH水溶液(容量中)および1.0 mM臭化プロパルギル(5当量)を調製し、Metペプチド溶液(0.2 mM、1当量、0.2 mLのMeCN/H2O [1:1、v/v])に加えます。
- 次に、Metと臭化プロパルギルのカップリング反応を室温で12時間振とうする。
- 反応後、生成物をアセトニトリル中のポリプロピレンチューブに溶解し、0.22μmフィルターメンブレンでろ過します。その後、直ちに逆相HPLCで溶液を精製し、次の使用のために粉末に凍結乾燥します。
- 最後の工程では、臭化プロパルギルを含むペプチドをポリプロピレンチューブに加え、(NH4)2CO3溶液を加えて反応溶液pHを8.0に維持し、反応混合物を37°Cで12時間振とうする。この工程により、プロパルギルスルホニウム塩の環状ペプチドを得る。
- 最後の反応混合物を集める:アセトニトリル中のポリプロピレンチューブに溶解し、0.22μmのフィルターメンブレンを通して濾過する。その後、直ちに逆相HPLCで溶液を精製し、次の使用のために粉末に凍結乾燥します。
7. 環状ペプチドの精製
- ステップ4.1〜4.6を繰り返して、リンクアミドMBHA樹脂上に線状ペプチド基質を構築します。脱水用の樹脂を含むカラムに無水メタノール10 mLを加え、直鎖状ペプチドカップリング後に次の使用のためにN2 で乾燥します(2回繰り返します)。
- 十分な量の劈開カクテル(TFA / H 2 O / TIS、v / v / v、95:2.5:2.5)をヒュームフードに準備します。1〜5 mLのTFA混合溶液をポリプロピレンチューブに加え、TFAカクテルの下で樹脂を3時間切断します。
- 次に、カラム内のN2 の蒸気下で樹脂を順次乾燥させる。あるいは、フィルター装置を使用して樹脂をろ過し、ペプチド溶液を回収します。次に、ペプチド溶液にエーテル20 mLを加えてペプチドを沈殿させ、3,500 x gで5分間遠心分離し、2回繰り返します。粗ペプチド沈殿物を収集し、次のステップのためにN2 の流れ下で乾燥させます。
- ポリプロピレンチューブ内の粗ペプチド200 mgをアセトニトリル水溶液4 mLに溶解し、0.22 μmフィルターでろ過します。ペプチドをHPLCバイアルインサートに移します。C18 5 μm、4.6 mm x 250 mmカラム、および1 mLインジェクションループを備えたセミ分取逆相HPLCシステムのオートサンプラーにインサートを挿入します。
- 254 nmのUVを使用してHPLCスペクトルをモニタリングしながら、0.1%TFAを含む水中の5%-95%アセトニトリルのグラジエントプログラムを使用して30分間にわたってペプチドを精製および分離します。LC-MSでペプチド分子量を確認し、ペプチドの溶液を回収し、次の使用のために粉末に凍結乾燥します。
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Representative Results
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ペプチドを効率的に生成したことを示す結果が得られた。他の環状ペプチドと比較して、変換率の高いモデル六環環状ペプチドは、エピマーの差比が1:1であり、HPLCで分離することができました。しかしながら、場合によっては、ペプチドエピマーは、おそらくエピマーのスルホニウムキラル中心があまり安定ではなく、エピマー混合物にゆっくりとラセミ化されるため、HPLC条件下で分離できなかった。次に、エピマー(1-Ia)とピリジンルチオール(PyS)(10 mM)の反応効率をHPLCで調べました。図5Dは、環状ペプチド(1mM)とそのコンジュゲート生成物との間の時間依存的変換のHPLCトレースを示す。トレースは、PBS(pH 7.4)中のPySによるペプチド1-Iaの時間依存的な減少を明確に示しています。
ペプチド環閉鎖の別の戦略は、最初にプロパルギル基がMetに結合し、次に形成されたプロパルギルスルホニウム中心がチオール-イン反応を引き起こして環状ペプチドを生成することでした。この戦略では、環サイズとペプチド配列は環化反応に影響を与えず、2つまたは3つのアミノ酸を含むペプチドをループを閉じるためのモデルとして使用しました。分子内ペプチド環化の合成経路を図6Aに記載する。加えて、簡略化された増殖Metモデルペプチドを、図6Bに記載されるように構築した。その結果、反応液のpHを8.0にした場合、モデルペプチドMCの収率は最大80%になる可能性があることが示されました(MCはこの経路で合成されたモデル環状ペプチドを指します。図6A)。また、モデルペプチドMCをHPLCで単離精製し(図6D)、その分子量をLC-MSで確認した(図6C)。図6Eに示すように、化学シフトは、1HNMRおよびヘテロ核単一量子コヒーレンス(HSQC)によってさらに特徴付けられた。さらに、ジチオスレイトール(DTT)を添加してスルホニウム環を開環させ、MCの安定性を探ろうとした。結果は、24時間後に付加または開環生成物を示さなかった(図6F)。
図1:ペプチドを合成するためのFmocベースの固相ペプチドの実験セットアップの図。ペプチドカラムは、ペプチド合成中にカラムを通してバブリングする窒素またはアルゴンを備えた三方活栓を介して固相反応器上に置かれた。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図2:樹脂上の分子間合成直鎖状CMペプチド。 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。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図3:CysおよびMetビスアルキル化 を介した ペプチド環化の合成経路。 MetおよびCysを含む直鎖状ペプチドを安定化環状ペプチドとして構築した。まず、trtで保護されたCysをDCM中の3%TFAで脱保護しました。次に、ジハロゲン化リンカー(2当量)およびDIPEA(4当量)を添加して、Cysと3時間反応させた。最後に、CysとMetの間の環化は、樹脂がTFA切断溶液中で切断されたときに完了した。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図4:CysおよびMetチオールイン を介した ペプチド環化の合成経路。 まず、直鎖状ペプチドを精製し、HPLCおよびLC-MSによって特徴付けた。反応は以下の条件下で起こった:0.2mLのMeCN/H 2O(1:1、v/v)、1%HCOOH水溶液(容量中)、および臭化プロパルギル(1.0mM、5.0当量)中の化合物(0.2mM、1.0当量)を含む溶液を、pH8.0で室温で12時間振盪した。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図5:CysとMetの間のビスアルキル化を用いた環状ペプチドの合成スキーム。 (a)CysおよびMetによるペプチド環化の模式図。(b)エピマー(1-Iaおよび1-Ib)のHPLCおよびLC-MSスペクトル。(C)異なるペプチドの機能的残基耐性を試験した。(D)エピマー(1-Ia;1mM)とそのコンジュゲート生成物との間の時間依存的変換のHPLCトレース。この図は、Wangらによって報告されたものの修正版である30。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図6:チオール-イン型反応を用いた環状ペプチドの合成スキーム。 (a)チオール-イン反応によるペプチド環化の容易な構築。MCは、前記経路で合成されるモデル環状ペプチドを指す。(B)異なる直鎖状ペプチドの分子内ペプチド環化。a = 1mLの1M(NH4)2CO3水溶液。b = 1 mLのMeCN/H2O(1:1)中の1%Et3N。略語:Ahx = 6-アミノカプロン酸。収率は、秤量によって決定された生成物の百分率として計算した。転化率は、HPLCによって反応した出発物質の量を表す。(c)MC環化ペプチドのLC-MSスペクトル。 (d)MC環化ペプチドのHPLCスペクトル。(e)MC環状ペプチドの1HNMRおよびHSQCスペクトルの特性評価。(f)3時間、6時間、12時間、および24時間のD2OにおけるMC環状ペプチドとDTTとの間の時間依存的な変換の1HNMRスペクトル。この図は、Houらによって報告されたものの修正版である31。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
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Discussion
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。
チオール・イン型反応における環状ペプチドについては、まず、直鎖状ペプチドも一般的な固相ペプチド合成技術によって樹脂上で構築し、液相溶液中で以下の反応を行った。次いで、粗ペプチドを樹脂から切断し、逆相HPLCで精製した。ペプチドと臭化プロパルギルの溶液を、0.2 mLのMeCN / H2O(1:1、v / v)および1%HCOOH水溶液とともに12時間反応に加え、生成物を逆相HPLCによって直ちに精製しました。驚くべきことに、閉環反応は反応液のpHを8.0に上昇させたときに起こった。本研究では、チオール-イン型反応によりペプチドを安定性の良い環状立体構造に拘束する方法を開発しました。また、ペプチドの親水性と疎水性が異なるため、ペプチドループ閉鎖の溶媒を調整する必要がありました。例えば、親水性ペプチドのpHを(NH4)2CO3によって調整し、次いで疎水性ペプチドを混合溶媒(50%MeCN/H2O中の1%Et3N溶液;図6)。
近年、環状ペプチドを合成するための様々なライゲーション技術が開発されており、これらの技術は天然ペプチド結合および非天然骨格結合を生成する32。しかしながら、合成環状ペプチド分野には課題が残っている。第一に、ペプチドのアミノ酸配列は立体的効果を有し、環化の効率は環化部位に近い残基によって影響を受ける可能性がある。第二に、ペプチドの空間構造は多様であり、同じ部位での環閉鎖中に接続部位を慎重に選択する必要があるかもしれません。最後に、ペプチド配列には親水性または疎水性のアミノ酸が含まれているため、反応溶媒の溶解性を考慮する必要があります。したがって、製薬業界での環状ペプチドの用途をさらに発展させるために、部位での環化、溶解度、および異性体の同定にさらに努力する必要があります。
本研究では、環状ペプチドの合成の課題を解決するために、CysとMetの間、またはチオール-イン型反応 を介した ビスアルキル化を使用する一連の簡単な大環状化プロトコルを設計しました。幸いなことに、これらの反応は簡単で、非常に効率的で、金属触媒を使用しませんでした。開発された方法は、分子間および分子内の両方で機能し、満足のいく官能基耐性を有することが実証されている。さらに、これらの方法は、制約環化を導入するために開発され、ペプチド鎖がより立体構造的に安定化されることを保証し、それによって標的タンパク質結合親和性を改善し、非特異的タンパク質結合を低減します。さらに、合理的な設計を使用することにより、立体構造的に安定化された環化ペプチドを形成することによって反応部位選択性を高めることもできる。全体として、ペプチド鎖の環化は生物学的に活性な化合物を生成し、環状ペプチドが有望な薬物候補であることを示している。
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Disclosures
著者は開示するものは何もありません。
Acknowledgments
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。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 1,3-bis(bromomethyl)-benzen | Energy | D0215 | |
| 1,3-Dimethylbarbituric acid | Energy | A46873 | |
| 1H NMR and HSQC | Bruker | AVANCE-III 400 | |
| 1-Hydroxybenzotriazole hydrate | Energy | E020543 | |
| 2-(7-azabenzotriazol-1-yl)-N,N,N',N'-tetramethyluronium hexafluorophosphate (HATU) | Energy | A1797 | |
| 2-mercaptopyridine | Energy | Y31130 | |
| 6-Aminocaproic acid | Energy | A010678 | |
| Acetic anhydride | Energy | A01021454 | |
| Acetonitrile | Aldrich | 9758 | |
| Ammonium carbonate | Energy | 12980 | |
| Dichloromethane (DCM) | Energy | W330229 | |
| Digital Heating Cooling Drybath | Thermo Scientific | 88880029 | |
| Diisopropylethylamine (DIPEA) | Energy | W320014 | |
| Dimethyl formamide (DMF) | Energy | B020051 | |
| Dithiothreitol | Energy | A10027 | |
| Electrospray Ionization Mass | 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 | Nanjing Peptide Biotech Ltd | R30902 | |
| Fmoc-Ile-OH | Nanjing Peptide Biotech Ltd | R31001 | |
| Fmoc-Lys(Boc)-OH | Nanjing Peptide Biotech Ltd | R31201 | |
| Fmoc-Met-OH | Nanjing Peptide Biotech Ltd | R31301 | |
| Fmoc-Pro-OH | Nanjing Peptide Biotech Ltd | R31501 | |
| Fmoc-Ser(tBu)-OH | Nanjing Peptide Biotech Ltd | R31601 | |
| Fmoc-Thr(tBu)-OH | Nanjing Peptide Biotech Ltd | R31701 | |
| Fmoc-Trp(Boc)-OH | Nanjing Peptide Biotech Ltd | R31801 | |
| Fmoc-Tyr(tBu)-OH | Nanjing Peptide Biotech Ltd | R31901 | |
| Fmoc-Val-OH | Nanjing Peptide Biotech Ltd | R32001 | |
| Formic acid | Energy | W810042 | |
| High Performance Liquid Chromatography |
SHIMADZU | LC-2030 | |
| Methanol | Aldrich | 9758 | |
| Morpholine | Aldrich | M109062 | |
| N,N'-Diisopropylcarbodiimide | Energy | B010023 | |
| Ninhydrin Reagent | Energy | N7285 | |
| Propargyl bromide | Energy | W320293 | |
| Rink Amide MBHA resin | Nanjing Peptide Biotech Ltd. | ||
| Solid Phase Extraction (SPE) Sample Collection Plates | Thermo Scientific | 60300-403 | |
| Tetrakis(triphenylphosphine) palladium | Energy | T1350 | |
| Three-way stopcocks | Bio-Rad | 7328107 | |
| Triethylamine | Energy | B010737 | |
| Trifluoroacetic acid (TFA) | J&K | 101398 | |
| Triisopropylsilane (TIS) | Energy | T1533 |
References
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