מוצק שלב Submonomer סינתזה של פולימרים Peptoid שלהם ואת הרכבה עצמית לתוך מאוד מסודרים Nanosheets

Published 11/02/2011
4 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Bioengineering
 

Summary

Peptoid פשוטה בכלל ידנית סינתזה שיטה מעורבים ציוד בסיסי ריאגנטים זמינים מסחרית הוא התווה, המאפשר peptoids להיות מסונתז בקלות ברוב המעבדות. סינתזה, טיהור ואפיון של 36mer peptoid amphiphilic מתואר, כמו גם הרכבה עצמית שלה לתוך הפערים הורה nanosheets.

Cite this Article

Copy Citation

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. Vis. Exp. (57), e3373, doi:10.3791/3373 (2011).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Peptoids הם סוג של רומן biomimetic, הלא טבעי רצף ספציפי heteropolymers כי proteolysis להתנגד, להפגין פעילות ביולוגית חזקה, ומקפלים לתוך ננו מסדר גבוה יותר. מבנית דומה פפטידים, peptoids הם פולי N-להחליף glycines, שבו שרשרות צד מחוברים חנקן ולא פחמן אלפא. הקלות שלהם סינתזה והגיוון מבניים מאפשר בדיקה של עקרונות תכנון בסיסיים לנהוג דה נובו עיצוב, והנדסה של חומרים חדשים ביולוגית הפעילה nanostructured.

הנה מדריך פשוט peptoid פרוטוקול סינתזה מוצג המאפשר את הסינתזה של polypeptoids שרשרת ארוכה (עד 50mers) תשואות מצוינות. רק ציוד בסיסי, טכניקות פשוטות (לדוגמא: העברת נוזלים, סינון), וכן חומרים כימיים זמינים מסחרית נדרשים, מה שהופך peptoids תוספת נגיש toolkits חוקרים רבים. עמוד השדרה peptoid הוא גדל אפילו מונומר על v פעםIA השיטה submonomer אשר מורכב בן שני שלבים בנוסף מחזור מונומר: acylation ועקירה. חומצה ראשית, bromoacetic מופעל באתרו עם N, N'-diisopropylcarbodiimide acylates שרף הנכנס אמין משני. עקירה שנית, nucleophilic ברומיד על ידי אמין ראשוני הבא כדי להציג את השרשרת בצד. מחזור בן שני שלבים היא איטרטיבית עד אורך השרשרת הרצוי הוא הגיע. יעילות צימוד של מחזור שני בשלב זה באופן שגרתי עולה 98% ומאפשרת את הסינתזה של peptoids עוד 50 שאריות. רצפים שונים מתכונן מאוד, מדויק מבחינה כימית הם ברי השגה בשיטת submonomer כמו מאות אמינים העיקרי זמינים ניתן לשלב ישירות.

Peptoids הם מתעוררים כחומר biomimetic תכליתי למחקר nanobioscience בגלל סינתטי החוסן שלהם גמישות, והזמנת ברמה האטומית. קיפול של אחד בשרשרת, amphiphilic, Information עשיר polypeptoid לתוך nanosheet הפערים הורה הודגם לאחרונה. Peptoid זה 36-mer שמורכבת רק שלושה מונומרים זמינים מסחרית שונים: הידרופובי, קטיוני anionic. השרשראות הידרופובי בצד phenylethyl קבורים הליבה nanosheet ואילו אמין יוניים ורשתות בצד carboxyl ליישר על פניהם הידרופילי. Nanosheets peptoid לשמש פלטפורמה פוטנציאל mimetics קרום, mimetics חלבונים, ייצור המכשיר, וחיישנים. שיטות סינתזה peptoid, היווצרות גיליון הדמיה מיקרוסקופית מתוארים ולספק שיטה פשוטה כדי לאפשר בעתיד nanosheet עיצובים peptoid.

Protocol

1. Solid-Phase Submonomer סינתזה של Polypeptoids

מוצק שלב הסינתזה (SPS) היא טכניקה נפוצה המשמשת לסנתז רצף ספציפי biopolymers צעד חכם, ישירות על תמיכה מוצק אינרטי כגון שרף פולימרי חרוז. התשואות צימוד גבוהה וקלות הסרת מגיב עודף הם היתרונות העיקריים של SPS. לאחר תגובת צימוד שרף, ריאגנטים עודף הם פשוט מרוקן את החרוזים נשטפים להיות מוכן לשלב את התגובה הבאה. לאחר התגובה סינתזה סופית, באורך מלא oligomers הם ביקע מ שרף לבין חומר פתרון שלב ניתן ללמוד עוד. כאן, אנו להתאים את ההליך SPS ליצור רצף ספציפי פולימרים peptoid.

  1. ההתקנה: כל השלבים של סינתזה peptoid ידנית יכול להתבצע פוליפרופילן, הפנויה (PP) מחסנית fritted או כוס fritted התגובה כלי מצוידים שסתום 3-בדרך. ביצוע כל הפעולות במנדף קטר. עבור incubations ב gכלי ילדה או מחסנית פלסטיק, לחבר יד אחת לספק חנקן לבעבע בעדינות את הפתרון הנכון עבור ערבוב. לחלופין, עבור incubations התגובה מחסנית חד פעמיות, חותם את שני הקצוות של מחסנית עם כובעים מקום שייקר רוטרי. כדי לנקז תערובות תגובה או שוטף, להתחבר אל הבית הריק באמצעות מלכודת בזבוז. הכלי צריך להיות fritted עם frit גס. Siliconize כלי זכוכית, כדי למנוע תגובה חרוזים יידבקו לקירות של כלי זכוכית. הכן פתרון של dichlorodimethylsilane 5% dichloroethane (v / v). מלאו כלי התגובה נקי ויבש בראש עם פתרון siliconizing, בואו לשבת במשך 30 דקות, אז לטמיון. שטפו את כלי פעם עם DCE ולאחר מכן פעם עם מתנול. הפתרון siliconizing ניתן לעשות שימוש חוזר, כך זה צריך להיות נשמר. אוויר או יבשה או להתנער מכל פתרון עודף לאפות את זכוכית עד יבש לאחר הסרת שסתום. תגובת כלי מגניב לפני הוספת שרף.
  2. הוספת 100 מ"ג (0.06 mmol) מחדש אמיד רינקחטא כלי התגובה fritted. יופי שרף על ידי הוספת 2 מ"ל של dimethylformamide (DMF). להתסיס ידי ניעור או מבעבע במשך 10 דקות. מסננים את הפתרון על ידי ואקום לבודד את שרף תפח.
  3. הוסף 1 מ"ל של 20% 4-methylpiperidine ב DMF (v / v) כדי deprotect הקבוצה Fmoc. להתסיס במשך 2 דקות ומסננים. חזור עם דגירה של 12 דקות.
  4. שוטפים את שרף על ידי הוספת 2 מ"ל של DMF, התססה למשך 15 שניות, וניקוז. חזור 3x.
  5. Bromoacetylation: הוסף 1 מ"ל של 0.6 M bromoacetic חומצה (0.6 mmol) ב DMF ו 86 μL של N, N'-diisopropylcarbodiimide (0.93 המקביל, 0.56 mmol). דגירה עם מבעבע עדין במשך 30 דקות, ואז לרוקן ולשטוף עם 2 מ"ל של DMF (לחזור 4x).
  6. תזוזה: הוסף 1 מ"ל של 1-2 מ אמין ב-N-methylpyrrolidinone. דגירה עם מבעבע עבור 30-120 דקות, ואז לרוקן ולשטוף עם DMF (מ"ל 4x 2).
  7. ממשיכים לגדול שרשרת peptoid על ידי חזרה על מעגל submonomer, צעדים 1.5 (bromoacetylation) ו 1.6 (displacement).
  1. לאחר עקירה הסופי נעשה, לשטוף עם 2 מ"ל של DMF (לחזור 4x), ואז 2 מ"ל של dichloromethane (לחזור 3x). שווי ולאחסן את כלי התגובה עד המחשוף.
  2. השהה בסינתזה (אופציונלי): כדי להשהות במהלך סינתזה peptoid, לסיים את התגובה עקירה והמשך לשלב 1.8. כדי להמשיך לגדול שרשרת peptoid, הפעל מחדש את הסינתזה של שרף מחדש נפיחות יבשים (שלב 1.2) ולחזור על מחזור submonomer (שלב 1.5 ו - 1.6). שרף יכול להיות יבשים מאוחסנים לאחר עקירה פרט העקירה 2 כי המצומד שרף peptoid עלול ליצור מוצר לוואי diketopiperazine מחזורית.
  3. עבור סינתזות סימולטני מרובים, מוצק שלב ואקום סעפת מיצוי מומלץ כדי למקסם את היעילות. סינתזה Peptoid יכול גם להיות אוטומטית על ידי כראוי תכנות שיטות סינתיסייזרים פפטיד זמינים מסחרית, כמו איפקס Aapptec 396, CEM סינתיסייזר ליברטי מיקרוגל טכנו חלבוןlogies בע"מ סינתיסייזר פרלוד.

2. המחשוף ואת Side-Chain Deprotection

  1. כל העברה של שרף מיובשים על בקבוקון זכוכית 20 מ"ל הנצנץ.
  2. עבודה בתוך ברדס ושימוש נאות ציוד מגן אישי, להוסיף 4 מ"ל של חומצה trifluoroacetic (TFA) קוקטייל מחשוף 1 (למשל 95% aq. TFA, ראה דיון) ל הנצנץ בקבוקון זכוכית המכסה בחוזקה. Shake במשך 10 דקות עד 2 שעות בטמפרטורת החדר (ראה דיון).
  3. איסוף הפתרון מחשוף TFA ידי סינון שרף באמצעות מחסנית, הפנויה fritted PP לתוך חדש, טרום שקל 20 מ"ל בבקבוקון scintillation זכוכית. הפנויה, PP פיפטה נוח להעביר את קוקטייל פתרונות מחשוף.
  4. הוסף 1 מ"ל של קוקטייל מחשוף טרי לשטוף את שרף ולאסוף כל peptoid שיורית. חזור 2x.
  5. להתאדות TFA ידי פיצוץ זרם עדין של חנקן או באמצעות V10 Biotage המאייד.
  6. Redissolve את הנפט הגולמי ב 6 מ"לשל אצטוניטריל / מים 01:01 (v / v) עבור HPLC. להקפיא lyophilize. חזור.
  7. רשום את המשקל של המוצר הגולמי. חנות כאבקה יבשה ב -20 ° C
  8. מחשוף מבחן (אופציונלי): מחשוף מבחן על 0.5% של שרף יכול להתבצע במהירות כדי לקבוע את המסה של טוהר peptoid מסונתז והאם התנאים המחשוף הנכון נבחרו. השסעים מבחן שימושיים במיוחד כדי לפקח על ההתקדמות של סינתזה.

3. אפיון טיהור Polypeptoid

  1. באמצעות שילוב של אנליטי HPLC, electrospray LC-MS, ו / או MALDI-TOF, לקבוע את טוהר של המוצר הגולמי והאם משקל מולקולרי הרצוי הוא ההווה.
  2. הכן ~ פתרון 5-10 מ"ג / מ"ל ​​של אבקת peptoid יבש במים עם אצטוניטריל מינימלי כנדרש על מסיסות. הפתרון ברור סינון של המוצר peptoid גולמי עם מסנן 0.45 מיקרומטר מזרק כדי להסיר אבק וחלקיקים.
  3. אנליטית HPLC ו electrospray LC-MS: הכן ~ 20 מיקרוגרם / מ"ל פתרון peptoid גולמי. סינון 200 μL עם מיקרומטר 0.45 מסנן ולהזריק 20 μL.
  4. MALDI: מערבבים 1 μL של peptoid ~ מ"ג / מ"ל 20 עם מטריקס 1 μL. 1 Spot μL בצלחת MALDI ולאפשר לאוויר יבש. מטריקס מצב הרכישה תלויה מדגם (איור 5).
  5. לטהר את תערובת peptoid גולמי עם הפוכה שלב הכנה HPLC. בחר את שיפוע ועמודה (C4 או C18) מבוסס על hydrophobicity של polypeptoid. שלב מטוהרים שברים, להקפיא ו lyophilize, וכתוצאה מכך אבקה לבנה ורכה. רשום את המשקל של המוצר הסופי.
  6. כינונה של HCl מלח (אופציונלי): Redissolve את אבקת lyophilized ב 100 מ"מ HCl (aq.) עם אצטוניטריל מינימלית. מעבירים הבקבוקון טרום שקל זכוכית. להקפיא מחדש lyophilize. חזור 2x. Reweigh כדי לקבוע מסה של אבקת peptoid.

4. Nanosheet Peptoid גיבוש

סעיף זה describes את הפרוטוקול כדי ליצור גיליונות משרשרת אחת, רצף ספציפי, amphiphilic 36-mer peptoid (איור 1). לאחר peptoid גדיל מסונתז, מטוהרים, ו lyophilized כמתואר לעיל, האבקה הלבנה והתוצאה היא מומס DMSO לעשות 2 מניות פתרון מ"מ.

  1. הכן 500 μL של פתרון peptoid 20 מיקרומטר במאגר היווצרות גיליון (10 mM טריס-HCl, 100 mM NaCl, pH 8.0 במים) בתוך צנצנת זכוכית 1 DRAM. ראשית, להוסיף 445 μL של מילי-Q מים, 50 μL של היווצרות חיץ גיליון 10x, ו - וורטקס לערבב. לאחר מכן, להוסיף 5 μL של 2 פתרון peptoid mM מניות בעדינות פתרון מערבולת. שווי בקבוקון זכוכית.
  2. פחים נוצרות על ידי תסיסה העדין של פתרון peptoid לדלל את מימית. הטיית לאט לאט בקבוקון זכוכית מעמדת האופקי לתוצאות תנוחה זקופה בסדינים. עדין רועדת גם התשואות גיליונות, אולם הסדינים נוטים להיות קטנים יותר עם קצוות ישרים פחות. ניתוח מעמיק יותר של מנגנון היווצרות גיליון reporteד בנפרד. 2
  3. עבור באיכות גבוהה גיליונות רבים, לסובב את בקבוקוני זכוכית על הציר האופקי לאט (<1 RPM) עבור 1-3 ימים. משאבים טכניים מתאימים RKVSD rotator Rotamix צינור או נדנדה אישית יכול לבצע את זה ללא הרף.
  4. דיאליזה של Nanosheets (אופציונלי): ביישומים מסוימים, ייתכן שיהיה צורך להסיר את כל רשתות peptoid חינם או מאגרים / מלחים. משרים Float-A-100 Lyzer קרום KD במאגר הרצוי במשך 15 דקות. טען פתרון μL גיליון 500 peptoid החדרה המדגם. משרים 500 מ"ל של המאגר הרצוי, תוך ערבוב עם בר ומערבבים מגנטי בסל"ד 60. אפשר דיאליזה של גיליונות להמשיך במשך 4 שעות. כל שעה להחליף עם מלאי חדש של פתרון חיץ.

5. מיקרוסקופ פלואורסצנטי של Nanosheets

  1. תמונות של הקרינה nanosheets היו צילמו עם הנילוס האדום, צבע רגיש לסביבה, אשר מגביר את עוצמת הקרינה כאשר הוא מקומי hydrסביבות ophobic (איור 2).
  2. הוסף 1 μL של 100 מיקרומטר הנילוס האדום μL 100 הפתרון nanosheet לקבל ריכוז סופי של 1 מיקרומטר של הנילוס האדום.
  3. הפוך את פתרון 1% agarose במים חמים ויוצקים לתוך צלחת פטרי פלסטיק. ודא הפתרון agarose הוא כ 1 / 8 אינץ עבה ולאפשר פתרון להתקרר ללא הפרעה על משטח שטוח. לאחר מגדיר agarose, השתמש מרית לחתוך ולהעביר 1 ס"מ x 1 ס"מ ריבועים לשקופית זכוכית.
  4. כדי לאסוף את הסדינים במישור אותה נקודה, 1 μL של פתרון סדין על פיסת agarose. אפשר agarose לספוג את המאגר במשך 2 דקות, והשאיר את הסדינים על פני השטח. תמונה בתוך 15 דקות, אחרת agarose יתחיל לעוות עקב התייבשות.
  5. כדי גיליונות התמונה פתרון, עומס 15 μL בתוך אטם 20 מ"מ בקוטר 0.12 מ"מ על זכוכית שקופית. מכסים coverslip. אם הסדינים הם פשוט דחוקה ללא אטם בין שקופית זכוכית coverslip, סדינים רבים wiגזירה ll ואת אידוי מינורי לכאורה יגרום הסדינים הזמן לזוז.
  6. תמונה יריעות תחת תאורה epifluorescence (למשל מיקרוסקופ IX81 אולימפוס הפוך מצויד iXonEM אנדור + ספקטרום EMCCD עם מסנן אדום טקסס).

6. מיקרוסקופית אלקטרונים סורק (SEM) של Nanosheets

  1. פלזמה לחרוט על פני המצע סיליקון (לא חובה): שבבי סיליקון חקוקות פלזמה לסייע ספיחה של גיליונות. מניחים את שבבי סיליקון בתא ואקום של שואב פלזמה (למשל Harrick פלזמה מנקה / מעקר PDC-32G). משאבה אל mTorr 200 ולהגדיר את סליל RF ל 18W (הגדרה גבוהה עבור PDC-32G). Etch במשך 2 דקות.
  2. צניחה של 20 μL פתרון גיליון peptoid על מצע פלזמה שטופלו סיליקון. אפשר לשבת במשך 3 דקות. הסרת עודפי עם פתרון קצה קים-לנגב. פיפטה 20 μL של מים על פני השטח ולהסיר פתרון עודף שוב להסיר את החיץ ומלחים. חזור על 4x.
  3. לחילופין, לחייגyze הפתרונות גיליון peptoid נגד מים כדי להסיר את החיץ ומלח. צניחה של 20 μL פתרון גיליון dialyzed על הפלזמה שטופלו מצעי סיליקון. האוויר יבש המדגם.
  4. תמונה הסדינים עם SEM (למשל Zeiss ג'מיני Ultra-55 מיקרוסקופ אלקטרונים סורק אנליטית) עם גלאי בתוך העדשה ו באנרגיות הקורה בין kV 1 ו - 5 kV (איור 3).

7. בטיחות הערות:

  1. Dimethylformamide ו Dichloromethane חשודים כמסרטנים באופן סביר.
  2. N, N'-Diisopropylcarbodiimide, 4-methylpiperdine וחומצה bromoacetic הם מסוכנים על העור, העיניים ודרכי הנשימה. הם צריכים לשמש מכסה המנוע בזהירות. זה יכול להיות רעיל אם נשאף או נספגים דרך העור, חשיפה עלולה לגרום לרגישות. מכולות ריקות לשמור שאריות של המוצר (נוזל / אדי) ולכן יש לשטוף ביסודיות לפני הוצאתם למכסה המנוע.
  3. TFA היא חומצה חזקה, היא הרסנית מאוד בדרכי הנשימה, העיניים העליונות,העור. TFA היא גם נדיפים, לשמור תמיסות מרוכזות של TFA בשכונה בכל עת כדי למנוע נזק הנשימה. השתמש PPE ראויה, זהירות בעת הטיפול פתרונות של TFA. כפפות שנה מיד אם הם באים במגע עם TFA, ומיד לנקות את כל נשפך.

8. נציג תוצאות:

סעיף זה מתאר את הסינתזה, אפיון, וטיהור של רצף ספציפי שרשרת peptoid 36-mer כי קפלי לתוך nanosheet הורה מאוד 3 (איור 1).

הבלוק תשלום peptoid H-[נאייה-NPE] 9 - [Nce-NPE] 9-NH 2 היה מסונתז על 100 מ"ג של שרף אמיד רינק. פתרון 2 M אמין שימש כל התגובות עקירה, אשר בוצעו במשך 60 דקות שאריות 1-18 ו - 120 דקות שאריות 19-36. t-Butyl בטא אלנין HCl הוסב לבסיס חופשי (ראה דיון) ואילו phenethylamine ו-BOC ethylenediamine היו שניהם השתמשו directlי ' שרף היה ביקע TFA עם 95%, triispropylsilane 2.5%, 2.5% מים למשך 2 שעות. TFA היה התאדו ושמן צמיג וכתוצאה מכך (~ 180 מ"ג) מחדש מומס אצטוניטריל 6 מ"ל: מים 01:01 (v / v). טוהר המוצר (איור 4) ונוכחות של מסת מוצר אושרה על ידי מ אנליטית RP-HPLC (30-80 אצטוניטריל% ב צבע מים, הן המכיל 0.1% (v / v) TFA, ב 1 מ"ל / דקה מעל 30 דקות ב 60 ° C עם C18, 5 מיקרומטר, 50 X 2 טור מ"מ) MALDI (איור 5).

טיהור עם פאזה הפוכה HPLC על עמודה C18 Vydac (10 מיקרומטר, 22 מ"מ x 250 מ"מ) המשיך, באמצעות שיפוע של אצטוניטריל 30-60% במים עם TFA 0.1% מעל 60 דקות בכל 10 mL / min. הטור היה עמוס 60 מ"ג של המוצר הגולמי לריצה כל chromatographic. שברים מטוהרים אוחדו מבוסס על טוהר מ אנליטית RP-HPLC (איור 4) ו lyophilized להניב ~ 80 מ"ג של אבקה לבנה ורכה.

מטוהרים לחסום תשלום מולקולרית peptoidמשקל אושרה על ידי MALDI. 1 μL של 100 מיקרומטר מטוהרים peptoid ב אצטוניטריל: מים 01:01 (v / v) עורבב עם μL 1 של מטריצה ​​(5 מ"ג / מ"ל ​​α-cyano-4-hydroxycinnamic חומצה אצטוניטריל: מים 01:01 v / v ו 0.1% TFA) ו 1 μL זוהה על הצלחת MALDI. אחרי המדגם אוויר יבש, הוא הוצב מנתח יישומית Biosystem / MDS SCIEX 4800 TOF / TOF MALDI. מצבי רכישת ועיבוד היו מסה נמוכה ליניארי. המשקל מחושב נקלטה המסה ממוקד להתאים באופן אוטומטי למשך זמן העיכוב. עוצמת הלייזר נקבע 3400. המסה ציין, 4981.2, גפרורים הדוק המסה מחושב של 4,981.74.

האבקה מטוהרים lyophilized פורקה ב DMSO לעשות 2 מניות mM פתרון, אשר ניתן לאחסן 4 ° C. פחים הוכנו על ידי פרוטוקול הנ"ל צילמו עם מיקרוסקופיה אופטית פלואורסצנציה ו SEM (איור 2 ו -3). במגוון צורות וגדלים עם תכונה הנעים עד 300 מיקרומטר הם נצפו, ו notably, ישר קצוות בולטים.

איור 1
איור 1 רצף של גוש תשלום peptoid H-[נאייה-NPE] 9 -. [Nce-NPE] 9-NH 2. שרשרת אחת, תשלום לחסום, polypeptoid amphiphilic 36-mer עצמית מרכיב לתוך מאוד מסודרים, דו מימדי nanosheets 3. חישוב משקל מולקולרי הוא 4981.74.

איור 2
באיור 2. תמונות מיקרוסקופ פלואורסצנטי של nanosheets peptoid. פחים נוצרו מפתרון peptoid 20 מיקרומטר 10 mM טריס, 100 מ"מ NaCl, pH 8.0. הסדינים היו הדמיה על agarose עם 1μM הנילוס האדום. ברים הם סולם 100 מיקרומטר.

איור 3
באיור 3. סריקה מיקרוסקופית אלקטרונים תמונותשל nanosheets peptoid. פחים נוצרו מפתרון peptoid 20 מיקרומטר 10 mM טריס, 100 מ"מ NaCl, pH 8.0. ברים הם סולם 5 מיקרומטר.

איור 4
איור 4 שלב אנליטית HPLC הפוכה זכר H-[נאייה-NPE] 9 -. [Nce-NPE] 9-NH 2. גולמי מטוהרים אנליטית HPLC עקבות (30-80% שיפוע של 1 מ"ל / דקה במשך 30 דקות ב 60 ° C עם C18, 5 מיקרומטר, 50 x 2 טור מ"מ) של נפט גולמי ו מטוהרים לחסום תשלום peptoid H-[ נאייה-NPE] 9 - [Nce-NPE] 9-NH 2 מוצג.

איור 5
איור 5 MALDI-TOF המוני ספקטרוסקופיה זכר H-[נאייה-NPE] 9 -. [Nce-NPE] 9-NH 2. המסה ציין, 4981.2, הוא הסכם קרוב המסה מחושב, 4981.74.

Discussion

יישומים משמעות

פרוטוקול זה מתאר שיטה פשוטה ויעילה של סינתזה peptoid ואת מימית הרכבה עצמית של peptoids לתוך nanosheets. רוב המעבדות מסוגלים בקלות לסנתז peptoids כי חומרים זולים, מומחיות בסיסית וטכניקות פשוט מנוצלים 4. כמו כן, הרכבה עצמית של דקים, מאוד מסודרים nanosheets רק דורש חזר בקבוקון הטיה של פתרון peptoid לדלל מימית 2. Peptoids מבטיחים חומרים למחקר ביו הננו כי הם חזקים וגמישים סינטטי עדיין רצף ספציפי מתכונן מאוד 5. Peptoids הוכיחו פעילות ביולוגית (6,7 הרפוי, אבחון 8, משלוח תאיים 90-10) ו מתקפלים לתוך ננו היררכי 3, 11-14. בגלל סינתזה מודולרית שלהם, קומבינטורית peptoid librטלה 15-19 יכול להיות מסונתז בקלות הוקרן עבור סדרה רחבה של פעילויות או נכסים. בפרט, nanosheets לשמש פלטפורמה פוטנציאל דו מימדי פיגומים להציג, mimetics קרום, חיישנים ביולוגיים, mimetics חלבון ייצור המכשיר. עם רצפים שונים בלתי נדלה כמעט אפשרי, את תחום המחקר peptoid היא מתרחבת במהירות.

משתני בסינתזה מוצק שלב submonomer של polypeptoids

בגלל היכולת לבחור מתוך האלפבית גדול מאוד ומגוון של מונומרים 20, שיטת submonomer צריך שינויים מדי פעם על מקרים בהם הגדלת יעילות צימוד של כל שלב יהיה לשפר את התשואה הכוללת של המוצר. התאגדות של רשתות צד מוגנים heterocyclic מחייב שימוש של חומצה chloroacetic במקום חומצה bromoacetic 21. עקירה פעמים Extended ומעלהריכוזים אמין מועסקים בדרך כלל לאחר כ - 20 הזיווגים עבור peptoid רצפים ארוכים או nucleophilic אמינים פחות. חימום כלי התגובה עד 35 ° C, באמצעות כלי מים במקטורן התגובה, מסייע לנהוג התגובה. עבור נדיף מאוד אמינים כגון isopropylamine, יש להקפיד למנוע אידוי.

אמינים בצורה של מלח HCl, כגון HCl t-בוטיל בטא אלנין, צריך להיות חופשי מבוססת לפני שהוצגה בתגובת עקירה. זו יכולה להיות מושגת על ידי המסת או השעיית אמין ב DCM (~ 5g amine/25 מ"ל DCM), ונטרול פתרון equimolar של נתרן הידרוקסידי מימית בתוך משפך separatory. השכבה DCM נאסף את השכבה המימית נשטף עם DCM נוספים. השכבות DCM בשילוב הם מיובשים על פני נתרן גופרתי ולסנן לתוך בקבוק טרום שקל תחתית עגולה. הסר ממס על ידי אידוי רוטרי להניב נפט, ולהקליט את משקל המוצר.

דוריןהצעד גרם מחשוף, קוקטייל TFA מחשוף זמן מחשוף תלויה במספר ובמגוון של קבוצות הגנה משמש. הנחיות קוקטיילים מחשוף דומים deprotection מסורתי השסעים פפטיד 1. באופן כללי, 10 דקות incubations נדרשים עבור רצפים ללא הגנה או קבוצות רצפים עם כמה קבוצות מאוד חומצה יציב בהגנה (למשל BOC, trityl). שני incubations שעה מומלץ רצפים עם קבוצות הגנה קשה יותר (למשל, t-בוטיל אסתר, MTR, Pbf) או רצפים עם קבוצות הגנה רבים על מנת להבטיח deprotection מלא של כל שרשרת. המוצרים peptoid גולמי בדרך כלל מתמוססים אצטוניטריל: מים 01:01 (v / v), אבל הפרופורציות אצטוניטריל גבוהה שכיחים עם שרשראות צד עם hydrophobicity הכוללת גבוהה.

Disclosures

אין לנו שום דבר לגלות.

Acknowledgements

המחברים מבקשים להודות Byoung-Lee צ'ול, צ'וי פיליפ ושמואל הו סיוע רב ערך. עבודה זו בוצעה בבית היציקה מולקולרית בבית המעבדה הלאומית לורנס ברקלי, אשר נתמך על ידי משרד של משרד המדע, האנרגיה של יסוד מדעי, של משרד האנרגיה של ארה"ב תחת חוזה מס 'DE-AC02-05CH11231 ואת הפחתת האיום הביטחון הסוכנות לא תחת חוזה: IACRO-B0845281.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Dimethylformamide EMD Millipore EM-DX1726P-1 99+%
N-methylpyrrolidinone VWR BDH1141-4LP 99%
Bromoacetic Acid Acros Organics 200000-106 99%
4-Methylpiperidine Sigma-Aldrich M73206 96%
N,N’-diisopropylcarbodiimide Chem-Impex International 001100 99.5%
Dichloromethane EMD Millipore EMD-DX0835 ACS grade
Acetonitrile EMD Millipore EM-AX0145P-1 99.8%
Trifluoroacetic acid Sigma-Aldrich T6508 99%
Triisopropylsilane Sigma-Aldrich 233781-10G For TFA cleavage
1,2-Dichlor–thane JT Baker JTH076-33 For siliconization of glass reaction vessels
Phenethylamine Sigma-Aldrich 407267-100ML >99.5% Hydrophobic side-chain amine
Boc-ethylenediamine CNH Technologies C-1112 Cationic side-chain amine
t-Butyl beta-alanine HCl Chem-Impex International 04407 Anionic side-chain amine
α-Cyano-4-hydroxycinnamic acid Sigma-Aldrich C8982-10X10MG For MALDI matrix
Nile Red Sigma-Aldrich 19123-10MG For fluorescence Imaging
Dichlorodimethylsilane Sigma-Aldrich 80430-500G-F For siliconization of glass reaction vessels
Disposable PP fritted cartridge Applied Separations 2416 6 mL polypropylene cartridge with 20 mm PE frit
Disposable 3 way luer adapter Cole-Parmer 31200-80 Stopcock for disposable manual synthesis reaction vessel
Luer Lock ring Cole-Parmer 45503-19 1/4" fitting for disposable manual synthesis reaction vessel
Fittings Luer Cole-Parmer 45500-20 1/4" fitting for disposable manual synthesis reaction vessel
Disposable PP pipets VWR international 16001-194 For TFA transfers
Luer lock plastic syringe National Scientific S7515-5 6 mL syringes
1 dram glass vial VWR international 66011-041 With phenolic molded screw cap with polyvinyl-faced pulp liner
20 mL scintillation vial VWR international 66022-060 With attached PP cap and pulp foil liner
Secure-Seal adhesive spacer Invitrogen S-24736 For fluorescence imaging
Glass slides Electron Microscopy Sciences 63411 For fluorescence imaging
Cover slip VWR international 48366-067 For fluorescence imaging
4” Silicon wafer Ted Pella, Inc. 16007 Pre-dice in 5x7 mm chips
0.45 filter VWR international 28143-924 For HPLC.
PTFE membrane
Agarose BD Biosciences 212272 For fluorescence imaging
SPE Vacuum Manifold Sigma-Aldrich 57044 Example of SPE vacuum manifold
Fritted glass vessel Ace glass 6402-12 Porosity C frit
Plasma Cleaner/Sterilizer Harrick Scientific Products, Inc. PDC-32G Example of plasma cleaner to prepare silicon chips for SEM

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. King, D. S., Fields, C. G., Fields, G. B. A cleavage method which minimizes side reactions following Fmoc solid phase peptide synthesis. Int. J. Pept. Pro. Res. 36, 255-266 (1990).
  2. Sanii, B., Kudirka, R., Cho, A., Venkateswaran, N., Oliver, G. K., Olson, A. M., Tran, H., Harada, R. M., Tan, L., Zuckermann, R. N. Shaken, not stirred: Collapsing a peptoid monolayer to produce free-floating, stable nanosheets. J. Am. Chem. Soc. (2011).
  3. Kudirka, R., Tran, H., Sanii, B., Nam, K. T., Choi, P. H., Venkateswaran, N., Chen, R., Whitelam, S., Zuckermann, R. N. Folding of a single-chain, information-rich polypeptoid sequence into a highly-ordered nanosheet. Bioploymers: Peptide Science. 96, 586-595 (2011).
  4. Utku, Y., Rohatgi, A., Yoo, B., Zuckermann, R., Pohl, N., Kirshenbaum, K. Rapid multistep synthesis of a bioactive peptidomimetic oligomer for the undergraduate laboratory. J. Chem. Ed. 87, 637-639 (2010).
  5. 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, 1508-1524 (2009).
  6. Zuckermann, R. N., Kodadek, T. Peptoids as potential therapeutics. Curr. Op. Mol. Ther. 11, 299-307 (2009).
  7. 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. 105-2794 (2008).
  8. Yam, A. Y., Wang, X., Gao, C., Connolly, M. D., Zuckermann, R. N., Bleua, T., Halla, J., Fedynyshyn, J., Allauzen, S., Peretz, D., Salisbury, C. M. A Universal method for detection of amyloidogenic misfolded proteins. Biochem. 50, 4322-4329 (2011).
  9. Huang, C. -Y., Uno, T., Murphy, J. E., Lee, S., Hamer, J. D., Escobedo, J. A., Cohen, F. E., Radhakrishnan, R., Dwarki, V., Zuckermann, R. N. Lipitoids - novel cationic lipids for cellular delivery of plasmid DNA in vitro. Chem. Biol. 5, 345-354 (1998).
  10. Schroeder, T., Niemeier, N., Afonin, S., Ulrich, A. S., Krug, H. F., Bräse, S. Peptoidic amino- and guanidinium-carrier systems: Targeted drug delivery into the cell cytosol or the nucleus. J. Med. Chem. 51, 376-379 (2008).
  11. Murnen, H. K., Rosales, A. M., Jaworski, J. N., Segalman, R. A., Zuckermann, R. N. Hierarchical self-assembly of a biomimetic diblock copolypeptoid into homochiral super helices. J. Am. Chem. Soc. 132, 16112-16119 (2010).
  12. Nam, K. T., Shelby, S. A., Marciel, A. B., Choi, P. H., Chen, R., Tan, L., Chu, T. K. Free-floating ultra-thin two-dimensional crystals from sequence-specific peptoid polymers. Nature. Mater. 9, 454-460 (2010).
  13. Burkoth, T. S., Beausoleil, E., Kaur, S., Tang, D., Cohen, F. E., Zuckermann, R. N. Toward the synthesis of artificial proteins: The Discovery of an amphiphilic helical peptoid assembly. Chemistry & Biology. 9, 647-654 (2002).
  14. Murphy, J. E., Uno, T., Hamer, J. D., Cohen, F. E., Dwarki, V., Zuckermann, R. N. A Combinatorial approach to the discovery of efficient cationic peptoid reagents for gene delivery. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 95, 1517-1522 (1998).
  15. Mora, P. uig, Masip, I. sabel, Cortés, N. uria, Marquina, R. egina, Merino, R. amón, Merino, J. esús, Carbonell, T. eresa, Mingarro, I. smael, Messeguer, A. ngel, Pérez-Payá, E. nrique Identification from a positional scanning peptoid library of in vivo active compounds that neutralize bacterial endotoxins. J. Med. Chem. 48, 1265-1268 (2005).
  16. Zuckermann, R. N. Discovery of nanomolar ligands for 7-transmembrane G-protein coupled receptors from a diverse (N-substituted)glycine peptoid Library. J. Med. Chem. 37, 2678-2685 (1994).
  17. Alluri, P., Liu, B., Yu, P., Xiao, X., Kodadek, T. Isolation and characterization of coactivator-binding peptoids from a combinatorial library. Moleular Biosystems. 2, 568-579 (2006).
  18. Figliozzi, G. M., Goldsmith, R., Ng, S., Banville, S. C., Zuckermann, R. N. Synthesis of N-(substituted)glycine peptoid libraries. Methods Enzymol. 267, 437-447 (1996).
  19. Culf, A. S., Ouellette, R. J. Solid-phase synthesis of N-substituted glycine oligomers (α peptoids) and derivatives. Molecules. 15, 5282-5335 (2010).
  20. Burkoth, T. S., Fafarman, A. T., Charych, D. H., Connolly, M. D., Zuckermann, R. N. Incorporation of unprotected heterocyclic side chains into peptoid oligomers via solid-phase submonomer synthesis. J. Am. Chem. Soc. 125, 8841-8845 (2003).

Comments

4 Comments

  1. hello.
    I need a video about identification amines with reaction with Benzene sulphonyl chloride.
    if you have it please leave a massage for me.
    thank u.

    Reply
    Posted by: Anonymous
    December 19, 2011 - 2:52 PM
  2. I have tried to reproduce the synthesis but unfortunately i can not get red color upon cleavage due tot he TIPS presence. If i try to cleave with 95%TFA and 5% water then it works. So i was wondering if there is any order when making the cocktail, upon addition of the TFA , water and TIPS?

    thanks

    Reply
    Posted by: Biljana M.
    May 10, 2012 - 10:40 AM
  3. You will see less red color when using scavengers in your cleavage cocktail such as TIPS. However, It is a good idea to add the scavengers to prevent the random addition of carbocations formed during cleavage. The amount of red color you observe will vary depending on the amount of scavengers you use and the batch of your resin. Typically we use (95% TFA, 5% water) or (95% TFA ².5% water, ².5% TIPS) as our cleavage cocktails. You should prepare the cocktail solution fresh prior to cleavage and add it to the resin.

    --Michael

    Michael D. Connolly
    Biological Nanostructures Facility
    The Molecular Foundry
    Lawrence Berkeley National Laboratory
    1 Cyclotron Rd.; MS 67-5110
    Berkeley, CA 947²0
    Phone:  (510)486-6388
    Fax:  (510)495-²376
    Email:  MDConnolly@lbl.gov

    Reply
    Posted by: michael c.
    May 31, 2012 - 5:36 PM
  4. The explanation on how the peptoids are synthesized via submonomer approach is very helpful so thank you for that. However, can you please tell me the difference between the monomer vs submonomer approach? I'm taking a Drug Design class and these approaches were mentioned.

    Reply
    Posted by: DAPHNE J.
    October 20, 2012 - 6:08 PM

Post a Question / Comment / Request

You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

Video Stats