一个主干环肽库作为潜在的抗寄生虫治疗微波辐射的发展

1Department of Chemical and Systems Biology, Stanford University School of Medicine
Chemistry

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Qvit, N., Kornfeld, O. S. Development of a Backbone Cyclic Peptide Library as Potential Antiparasitic Therapeutics Using Microwave Irradiation. J. Vis. Exp. (107), e53589, doi:10.3791/53589 (2016).

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Abstract

蛋白质 - 蛋白质相互作用(质子泵抑制剂)是密切参与几乎所有的生物过程,并与许多人类疾病。因此,有一个重大努力的目标在基础研究和在制药工业中质子泵抑制剂。蛋白质 - 蛋白质接口通常是大而平的,而且往往缺乏口袋,小分子靶向此类网站的发现复杂化。使用抗体靶向的替代方法有由于不良的口服生物利用度,低格,透气性好,生产效率低下的限制。

使用的肽靶向PPI接口具有几个优点。肽具有更高的构象柔性,提高的选择性,并且通常便宜。然而,肽具有其自身的局限性,包括稳定性差,效率低下穿越细胞膜。为了克服这种局限性,肽的环化可以被执行。环化已被证明提高肽选择性,代谢稳定性,和生物利用率。然而,预测环肽的生物活性的构象是不平凡的。为了克服这一难题,人们有吸引力的方法是筛选一个焦点库到屏幕,其中所有主链的环肽具有相同的一级序列,但是不同之处在于影响其构象的参数,如环的大小和位置。

我们描述了一个详细的协议用于合成靶向特定寄生虫质子泵抑制剂骨干环肽的文库。采用合理的设计方法,我们开发了从支架L蛋白eishmania受体激活C-激酶(LACK)的肽。我们假设,即是保守的寄生虫,但不是在哺乳动物宿主同源的拉克序列,可以表示相互作用位点的蛋白质,是对于寄生虫'能力至关重要。合成的环肽是使用微波照射以减少反应时间和增加效率。开发骨干环肽具有不同的戒指尺寸库便于系统的屏幕为大多数生物活性构象。此方法提供合成环肽的一般,快速和容易的方式。

Introduction

蛋白质-蛋白质相互作用(质子泵抑制剂)起到最生物过程的关键作用,从细胞内的信号转导至细胞死亡1。因此,针对生产者价格指数是具有根本的重要性,以基础研究和治疗应用。质子泵抑制剂可以通过特定的和稳定的抗体来调节,但抗体是昂贵的并且难以制造,并且具有生物利用度差。另外,质子泵抑制剂可通过小分子靶向。小分子更容易合成和廉价相比抗体;然而,它们是相对不灵活和更适合于细孔比大的蛋白质-蛋白质界面2,3。多样的研究表明,肽,它们比抗体简单和更便宜,比小分子更加灵活,可以结合蛋白接口和调节质子泵抑制剂4,5。全球治疗肽市场总值约1,500十亿美元在2013年增长10.5%禾LLY 6。此外,有50多个市售的肽,周围270肽在临床试验的不同阶段,和大约400肽在先进的临床前阶段7。尽管众多的肽被用作药物,肽仍然构成限制其广泛的应用,包括生物利用度差和稳定性,低效率在交叉细胞膜,和构象柔性8,9-几个挑战。一个替代方案克服这些缺点是应用不同的修改,例如本地(D-氨基酸和N-烷基化)和全局(环化)约束8,10-12。这些修改也自然出现。例如,环孢菌素A,免疫抑制剂的环肽天然,包含一个单一的D-氨基酸和经历N-烷基化修饰13,14。

修饰的天然氨基酸以诱导本地约束,如D-和N-烷基化,通常会影响所述肽9氏生物活性。然而,环化,其中感兴趣的序列可以保持不变,是更可能保留生物活性。环化是一个非常有吸引力的方式通过减少不同的构象之间的平衡,以限制肽构象的空间。它通常通过限制肽与活性构象,其介导只有一个函数增加生物活性和选择性。环化也通过保持肽在较少受到降解酶识别的构象提高肽的稳定性。事实上,环肽均表现相比相应的线性15-17具有改善的代谢稳定性,生物利用度,和选择性。

然而,环化可以是一把双刃剑,因为在某些情况下,限制可能阻止肽从达到的生物活性构象。为了克服这一障碍,集中库中的所有肽具有相同的主sequencË因此不断的药效可以合成。在库中的肽的不同在于,影响其结构参数,如环的大小和位置,以便随后筛选最生物活性的构象9,18。

肽可以既在溶液中并通过固相肽合成(SPPS)的方式,也就是现在的更普遍的肽合成方法,并将进一步讨论的合成。 SPPS是通过该化学转化通过接头连接在固体载体上进行,以制备多种合成化合物19的方法。 SPPS使组装肽由氨基酸连续耦合在从C末端,其连接到一个固体支持物以逐步的方式,以N-末端。的N-α-氨基酸侧链必须与保护是稳定在期间延伸肽使用的反应条件组,以确保在加入每ST一个氨基酸被掩蔽EP。在最后的步骤中,将肽从树脂释放,侧链保护基团伴随除去。而该肽被合成,所有的可溶性试剂可以通过过滤从肽 - 固体载体基质被移除,并在每个偶联步骤的末尾冲走。有了这样的系统,在高浓度的大过量的试剂可以驱动偶合反应至完成,所有的合成步骤可以在同一个容器中无材料 20的任何传输来执行。

虽然SPPS具有如生产不完全反应,副反应,不纯的试剂,以及困难监测反应21的一些局限,SPPS的优点已经使它的“金标准”的肽合成。这些优点包括选项掺入非天然氨基酸,自动化,容易纯化,最小化物理损失,以及使用过量的试剂,导致高收益。 SPPS已被证明是在困难的序列21,22,荧光修饰23,和肽文库24,25的合成极为有用。 SPPS也是其他聚链组件,例如寡核苷酸26,27,寡糖28,29,和肽核酸30,31非常有用的。有趣的是,在某些情况下,SPPS被证明是有利的,用于合成被在溶液32,33传统上制成的小分子。 SPPS可以用在小规模的研究和教学34,35以及大规模产业36-38。

这主要应用于SPPS方法为肽合成两种合成策略是氧羰基(BOC)和9-芴基(Fmoc)。引入SPPS原始策略是Boc时,这需要强酸条件从第r除去侧链保护基团和裂解肽ESIN。将Fmoc-基于肽合成,不过,使用中等强度的碱的条件,是对酸不稳定的Boc协议39较温和的替代方案。将Fmoc策略利用了设置在合成的最后步骤中除去而裂解从在酸性条件下的树脂肽正交叔丁基(TBU)侧链保护。

对于在固体载体上的肽合成的一般原则在图1的初始氨基酸,通过在N-α-末端的临时保护基团掩盖,被装载到从C末端的树脂。甲半永久性保护基掩蔽侧链还用于在必要时图1,步骤1)。靶肽的合成是从C末端组装到N末端 ​​的N-α-临时保护基的脱保护的重复循环图1,步骤2)和耦合下一保护的氨基酸图1 翁>,步骤3)。后最后一个氨基酸被加载图1,步骤4),将肽从树脂载体切下并半永久性保护基团被除去图1,步骤5)。

图1
的固相肽合成 1.常规 方案的 N-α-保护的氨基酸通过接头与树脂(步骤1)使用羧基锚定。所需的肽组装在从C末端到N末端通过从N-α(步骤2)和氨基酸耦合(步骤3)的临时保护基团(TPG)的脱保护的重复循环以线性方式。完成的合成(步骤4)后,将半永久性保护基(SPG)的过程中肽裂解(步骤5)去保护。获得=“_空白”>点击此处查看该图的放大版本。

完整的肽链的组装后,环化可以通过多种替代来实现:(A)的头-尾环化-这是一种方便的方式,但不限于,因为它仅提供一个用于环化图2A)的选项,(B)的环化使用来自感兴趣序列中的氨基酸,包含生物活性官能团的-然而,使用这些氨基酸可通过,而不会干扰增加的氨基酸(或其他构件块)的影响的生物活性图2B),和(C)环化生物活性序列。引入这些分子是普遍,因为它允许生产集中的库,而无需修改的兴趣图2C)的序列。

图2
Figure 2. 可替代的肽环化法 (A)的头至尾环化,通过C末端和N末端 ​​之间的肽键官能团之间(B)的环化,如半胱氨酸残基(1),或赖氨酸的侧链之间形成酰胺键之间的二硫键来天冬氨酸/谷氨酸(2),或侧链为N-或C-末端(3 -4); (C)环化通过增加额外的氨基酸或氨基酸衍生物或小分子,例如前(R0)和(R7)的生物活性序列之后, 请点击此处查看该图的放大版本。

微波辅助合成采用微波辐射加热反应,从而加速有机化工转化40,41。微波化学是基于试剂/能力溶剂吸收所微波能量并将其转换成热42。前的技 ​​术变得普遍,主要缺点必须克服,包括可控性和合成协议再现性和缺乏可用的系统为适当的温度和压力控制的43,44。做使用厨房微波合成几个短肽(7-10个氨基酸)与显著提高耦合效率和纯度45的微波辅助肽合成的第一份报告。此外,微波能量被证明减少链聚集,降低副反应,限制了外消旋化,并提高连接速度,这是所有艰难和漫长的序列46-53的关键。

目前在固体载体上使用微波照射于肽或相关化合物的合成中是广泛的,包括(A)中合成的有机溶剂54的水代替; (B)的合成肽的同常见的翻译后修饰,如糖 ​​肽55-5859-61磷酸,其合成通常是困难的,因为位阻氨基酸衍生物的低耦合效率; (C)的合成与修饰肽主链,如azapeptides,其可以由替换的氨基酸残基的C(α)与氮原子62,或拟肽,其侧链连接到被形成的酰胺氮而非Cα原子63,64; (d)合成环肽65-71的;和(E)的合成组合库51,72中。在许多情况下,作者报告更高的效率和降低的合成时间使用微波辐射相比于常规协议。

用合理的设计73-75,我们开发均来自支架大号 eishmania的受体FO抗寄生虫肽- [R激活C-激酶(LACK)。拉克起着利什曼原虫属感染76的早期阶段发挥重要作用。寄生虫表达缺乏较低水平不缺乏参与必不可少的寄生虫信号传导过程和蛋白质的合成78寄生甚至免疫缺陷小鼠77。因此,缺乏的是一个关键的支架蛋白79和宝贵的药物靶点。重点放在中保守的寄生虫,但不是在宿主哺乳动物同系物的RACK在拉克序列,我们确定了一个8个氨基酸的肽(RNGQCQRK),在培养降低利什曼原虫属的生存能力。

在这里,我们描述了一种协议,用于从上述的LACK蛋白序列衍生骨架的环肽的合成。合成使用微波加热通过SPPS方法用Fmoc / TBU协议的坚实支持的肽。肽是通过酰胺键缀合到一个TAT 47-57(YGRKKRRQRRR)载体肽在SPPS的一部分。的各种货物到细胞中的TAT-基于运输已经使用了超过15年,并输送货物到亚细胞器已经证实80。四种不同的接头,琥珀酸和戊二酸酐以及己二酸和庚二酸,被用来进行环化,以​​产生二至五个碳原子的羧酸的接头。已完成的环化利用微波能量,和没有微波能量被手动完成的最终裂解和侧链去保护步骤。使用一个自动化微波合成器中的改进的产品纯度,增加了产品的产量,并降低了合成的持续时间。这是一般的协议可以被应用到利用肽理解重要的分子机制体外和体内 ,并进一步发展潜力的药物用于人类疾病的其他研究。

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Protocol

1.设备和试剂的制备

  1. 准备设备
    1. 执行使用正确的个人防护装备在通风橱内的所有步骤。
    2. 化学合成上使用的是微波肽合成仪,带有Discover的附加模块配备有光纤温度探头,用于控制在一个聚四氟乙烯反应器中的微波功率传输(30毫升,用玻璃料)的固体支持物或在一次性聚丙烯肽盒(12毫升,用粗玻璃料)。
    3. 为适当的混合,氮气供应连接到反应容器中,或者可替换地密封聚丙烯盒的两端,并将其放置在旋转振荡器上。
    4. 地漏反应混合物或洗涤,通过废液捕获连接到室内真空。
    5. 放置光纤探头进入反应容器。
  2. 准备试剂
    1. 通过称量Rink酰胺AM树脂100-200目制备树脂(0.204毫克)中,添加5毫升1:N个1混合物,N-二甲基甲酰胺(DMF)/二氯甲烷(DCM)加入到反应容器/聚丙烯盒的树脂向下洗,振摇2-4小时溶胀正确,漏。
    2. 制备0.2M的9-芴基(Fmoc) -氨基酸溶液通过溶解对应Fmoc-氨基酸的DMF和涡混合物直到氨基酸被溶解( 表1)。
    3. (苯并三唑-1-基) - - N,N,N',N'四甲基脲六氟磷酸盐(HBTU)在100毫升DMF中,并涡旋直到固体的混合物溶解表中溶解18.96 邻制备0.45M的活化剂溶液混合1)。
    4. 34.8 毫升 N,N-二异丙基乙胺(DIEA)结合65.2毫升1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)(见表1)制备的2M活化剂碱溶液混合。
    5. 准备0.1M的去保护解决方案,混合溶解3.37克1-羟基苯水合物三唑(HOBt)在250ml的哌啶的DMF 20%体积/体积溶液和涡旋直到固体的混合物溶解( 表1)。

2. Fmoc保护的氨基酸偶联

  1. 氨基酸偶合
    1. 添加氨基酸(2.5毫升)/活化剂(1毫升)/活化碱(0.5毫升)到反应容器/聚丙烯盒,并让反应继续进行300秒(25瓦,75℃, 表2)。排出溶液。
    2. 洗用DMF将树脂。添加DMF中的树脂120秒(7毫升,0 W,RT)和排出溶液。重复五次。
  2. Fmoc去保护
    1. 加7 ml的DMF中20%哌啶的用0.1M的HOBt到反应容器/聚丙烯墨盒和温育30秒(45瓦,75℃, 表2)。
    2. 沥干反应混合物。
    3. 加7 ml的DMF中20%哌啶的用0.1M的HOBt到反应容器/聚丙烯盒孵育180秒(45瓦,75℃, 表2)。
    4. 沥干反应混合物。
    5. 洗用DMF将树脂。添加DMF中的树脂120秒(7毫升0瓦,室温)和漏溶液。重复五次。
      注意:任选地,此处暂停程序,恢复在稍后的日期。
  3. 氨基酸偶联步骤之后,在4℃下用DCM和存储洗涤树脂至少数天(一段较长的时间存储的树脂在 - 20℃)。
    1. 移动从反应容器内的树脂在聚丙烯盒。
    2. 洗用DCM树脂。添加DCM至树脂120秒(7毫升,0 W,室温)和漏溶液。重复三次。
    3. 与顶盖和活塞封紧袋口聚丙烯滤芯。
    4. 开始一个新的合成之前,使树脂溶胀3-4小时的DMF(7毫升)中。
  4. 监控综合
    1. 使用凯撒(茚三酮)测试或氯苯醌测试,以迅速确定的进度合成。任选地,进行小规模的裂解反应,以确定合成的肽的纯度和质量。见第9条。
      注:有关进一步的故障排除见表 3。
  5. 根据需要合成针对性肽重复步骤2.1和2.2: Arg(Pbf)-Asn(Trt)-Gly-Gln(Trt)-Cys(Trt)-Gln(Trt)-Arg(Pbf)-Lys(Boc)-Lys(Mtt)-Gly-Gly-Tyr(But)-Gly-Arg(Pbf)-Lys(Boc)-Lys(Boc)-Arg(Pbf)-Arg(Pbf)-Gln(Trt)-Arg(Pbf)-Arg(Pbf)-Arg(Pbf).

3.酸酐/酸偶合

  1. 酐偶合
    1. 洗用NMP的树脂。添加NMP中的树脂120秒(7毫升,0 W,室温)和漏溶液。重复三次。
    2. 溶解10当量的NMP(5ml)中的相应的酸酐,加入1当量4-二甲氨基吡啶(DMAP)和10当量的DIEA到该溶液中( 表1)。
    3. 添加10:1:酸酐/ DMAP的混合物10 / DIEA至树脂并孵育300秒(25瓦,75℃, 表2)。排出溶液。
    4. 洗用NMP的树脂。添加NMP中的树脂120秒(7毫升,0 W,室温)和漏溶液。重复三次。
  2. 酸偶合
    1. 洗用DMF将树脂。添加DMF中的树脂120秒(7毫升,0 W,室温)和漏溶液。重复三次。
    2. 溶解10当量的相应的二羧酸的DMF(5毫升)中。加入1当量的DMAP和10当量N,N'-Diisopropylcarbodiimide(DIC)到该溶液中( 表1)。
    3. 混合30分钟的预活化该混合物。
    4. 该混合物添加到树脂中,孵育300秒(25瓦,75℃,表2)和漏溶液。
    5. 洗用DMF将树脂。添加DMF中的树脂120秒(7毫升,0 W,室温)和漏溶液。重复步骤三次。

4,N-二甲基三苯甲基(MTT)保护基团去保护离子

注意:赖氨酸侧链保护用N-甲基三苯甲基(MTT)81,保护基,可以有选择地对酸不稳定的条件82,83下脱保护。去保护MTT振荡器上手动保护基没有微波能量。

  1. 树脂传递到聚丙烯筒配有盖塞和活塞。
  2. 洗用DCM树脂。添加DCM至树脂120秒(7毫升,0 W,室温)和漏溶液。重复三次。
  3. 加入15-25毫升的1%三氟乙酸(TFA),5%三异丙基硅烷(TIS),和94%DCM的混合物中的至每克树脂的聚丙烯墨盒。
    注意:TFA是一种强酸和腐蚀性,是非常刺激皮肤,眼睛和肺组织。
    1. 保持在罩在所有时间的TFA浓缩溶液。
    2. 使用适当的个人防护设备(保护眼睛,一个白大褂和手套)和工作在一个通风良好的引擎盖。更换手套及时如果他们与TFA,并立即清理任何溢出接触。如果皮肤或眼睛进来与酸接触,立即用清水冲洗患处洗净额外的15分钟。
  4. 将聚丙烯盒在振荡器上振摇5分钟,在RT。
  5. 通过施加真空排水从聚丙烯盒的溶液。
  6. 重复步骤4.3-4.5,三次。
  7. 洗用DCM树脂。添加DCM至树脂120秒(7毫升,0 W,室温)和漏溶液。重复五次。

5.环化线性肽

  1. 洗用DCM树脂。添加DCM至树脂120秒(7毫升,0 W,室温)和漏溶液。重复五次。
  2. 在50ml聚丙烯管中,溶解5当量苯并三唑-1- LY-氧基-三- pyrrolidinophosphonium hexafluorphosphate(加入PyBOP)的二溴甲烷(DBM,5毫升)中,并添加10当量的DIEA到该溶液中( 表1)。
  3. 表2)。排出溶液。
  4. 洗用DCM树脂。添加DCM至树脂120秒(7毫升,0 W,室温)和漏溶液。重复三次。

6.切割的侧链基团和脱保护

  1. 用DCM和乙醚洗涤树脂。
    1. 添加DCM至树脂120秒(7毫升,0 W,室温)和漏溶液。重复两次。
    2. 加入乙醚至树脂120秒(7毫升,0 W,室温)和漏溶液。重复两次。
  2. 干燥在真空干燥器中的树脂在RT至少3小时以上氢氧化钾(KOH 1-10克)。
  3. 称量干燥后的树脂和将其传送到一个​​聚丙烯盒。
  4. 添加一个预冷却的三氟乙酸(TFA)裂解混合物以10ml(例如,90%TFA,2.5%水,2.5%TIS和5%苯酚),以每之一克树脂。
  5. 摇动3小时在RT。
  6. 通过将树脂过滤到50ml聚丙烯管收集为TFA裂解溶液。对于过滤,使用玻璃料是在12 ml的聚丙烯盒。
  7. 加冷乙醚(35毫升)到管中。
  8. 离心5分钟,在1207×g离心在4℃下。
  9. 倾倒出乙醚层。
  10. 重复步骤6.7-6.9,五次。

7.干燥主干环肽

  1. 保持沉淀的肽在同一试管中并使其干燥在通风橱中30分钟。
  2. 溶解在1肽:水和乙腈(ACN)的1:1混合物。
  3. 冷冻在液氮中的最终产物溶液。
  4. 冻干最终产品。

8.定性骨干环肽

  1. 溶解产物在水(400微升)的小样本(1毫克)。
  2. 注入溶解肽(10-200微升)进行反相高效液相chromatograpHY(RP-HPLC)系统,以测试该肽纯度34。
  3. 检查用质谱基质辅助激光解吸电离(MS-MALDI)84的肽的质量。
    1. 拌1微升(100μM)的肽在以1:1(体积/体积)乙腈的混合物:水与1微升基质的(5毫克/毫升,α氰基-4-羟基肉桂酸)以1:1(ⅴ乙腈/ v)的混合物:水用TFA(0.1%)。
    2. 斑点1微升所述MS-MALDI板上。
    3. 干燥样品,并将它放在质谱仪。
  4. 称量肽并计算百分产率。
  5. 储存在-20℃。

9.监测综合

  1. 凯撒(茚三酮)测试85
    1. 制备试剂溶液。
      1. 通过在25ml蒸馏水中溶解16.5毫克氰化钾(KCN)的制备A液。稀释1毫升上述溶液以49毫升吡啶。
      2. 准备溶液B通过将1g茚三酮在20毫升乙醇中。
      3. 准备溶液C通过在20毫升乙醇将40克苯酚。
    2. 使用Kaiser试验来检查完成氨基酸偶联的或保护基团的脱保护。
      1. 从树脂转移数珠至试管。
      2. 加入三滴(约100微升)各溶液(A,B和C),混匀。
      3. 加热试管加热块在110℃下进行5分钟的。
        注:蓝彩色珠子(成果)表示不完全偶联反应或Fmoc保护基团的去保护。
  2. 醌测试86
    1. 制备以下试剂新鲜每个测试。
      1. 制备2%四氯苯醌的DMF溶液,溶液A.
      2. 制备2%乙醛的DMF溶液,溶液B.
    2. 执行氯苯醌测试,以检查完成氨基酸耦合或的t他脱保护的保护基团。
      1. 混合100微升溶液A与100微升溶液B在1.5ml管中。
      2. 滴珠粒中并轻轻摇动5分钟。
        注意:深棕色着色珠(阳性结果)表明Fmoc保护基或不完全的偶联反应的脱保护。
  3. 小规模的裂解反应
    1. 除去少量的树脂向一个3 ml的聚丙烯盒配备帽塞和活塞。
    2. 治疗与2ml的混合物95%TFA,2.5%水和2.5%TIS。
    3. 振摇在室温30分钟的混合物。
    4. 删除使用聚丙烯盒的玻璃料通过过滤树脂并通过氮气流蒸发溶剂。
    5. 溶于水的残余物,并使用HPLC和/或MS分析产物。

10. 杜氏利什曼原虫鞭毛体活力的文化含量

    <LI> 杜氏利什曼原虫杜氏利什曼原虫 )的生长和处理条件
    1. 文化L.原虫前鞭毛体在Eagle氏培养基(DMEM)的Dulbecco氏改性用4.5克/升葡萄糖,L-谷氨酰胺和丙酮酸钠在26℃。
    2. 对待L.原虫前鞭毛体与在26℃的环肽(100μM)处理24小时。
  1. 杜氏利什曼原虫杜氏利什曼原虫 )的可行性分析
    1. 评估寄生虫存活与20μl的AlamarBlue根据制造商的协议。
    2. 确定的AlamarBlue减少通过测量荧光(在570 nm激发和590 nm发射)。较高的荧光值越大表明代谢活性,提高寄生虫生存能力。

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Representative Results

这里,我们描述的聚焦小库骨干环肽的特异性靶向的利什曼原虫寄生虫的重要质子泵抑制剂和作为抗寄生虫药(综述约靶向质子泵抑制剂作为抗寄生虫药87的肽)的发展。通过新颖骨干环肽的合成,药效是保守的伸出尺寸的支架。这里提出的焦点库的力量是改变肽支架尺寸,同时允许构象自由通过环化受限程度的能力。做骨干环肽的整个合成使用自动微波合成器在固体载体上,之后将Fmoc / TBU协议。环化通过创建连接体,酸酐/酸和赖氨酸的侧链胺之间形成酰胺键进行。最终的裂解和侧链去保护进行手动无微波能量(用于合成方案和fINAL产品结构见图3)。产物通过制备性HPLC分析,得到的白色粉末25mg的储存在-20℃。的产物的样品经MS(图4)检查和纯度的其程度,使用分析型HPLC(图5)来确定。每个环肽的样品送往生物筛选。一个四个环肽(PL1)的是活性抗杜氏利什曼原虫杜氏利什曼原虫 ),寄生虫引起内脏利什曼病,在人类中最严重的利什曼病。肽PL1减少寄生虫存活了75%,与对照治疗表4)进行比较。

图3
图3. 合成方案和骨干环肽在这项研究中合成的结构试剂和条件:(ⅰ)氨基酸偶合:300秒,25瓦,75℃,采用1.1:1:2.2氨基酸/激活/激活基地。 (ⅱ)Fmoc去保护:30秒和180秒都在45瓦,75℃,用在DMF + 0.1M的添加HOBt 20%哌啶。 (ⅲ)酸酐偶合:300秒,25瓦,75℃,用10:10:1酐/ DIEA / DMAP在NMP。 (ⅳ)脱保护MTT:3 *(300秒,0 W,室温),使用1:5:94的TFA / TIS / DCM中。 (五)环化反应:300秒,25 W,75°C,采用5:10的PyBOP / DIEA的DBM。 (ⅵ)切割和脱保护:3小时,0 W,室温,用90:2.5:2.5:5 TFA / TIS / H 2 O /苯酚。肽是通过酰胺键偶联了TAT 47-57(酪氨酸-甘氨酸-精氨酸,赖氨酸,赖氨酸,精氨酸,精氨酸-谷氨酰胺,精氨酸,精氨酸,精氨酸)载体肽的固相合成的一部分。 请点击此处查看该图的放大版本。

图4
图4. MALDI-TOF质谱测定微量代表性的骨干环肽的观测质量,2853.456在接近达成协议,计算出的质量,2854.271。 请点击此处查看该图的放大版本。

图5
代表骨架的环肽的 图5. 分析反相HPLC迹线。粗制(A)和纯化的(B)的主链的环肽的分析型HPLC迹线。所用的溶剂系统为A(H 2 O的含0.1%TFA)和B(CH 3 CN的0.1%TFA)纯化。线性的5-50%B,在1毫升/ 15分钟,在40℃下用C 18,5微米,150mm柱施加和检测是在215nm梯度分钟。 请按此查看该图的放大版本。

试剂 MW(克/摩尔) D(克/毫升) 体积(ml) 浓度(M)的 总金额
- 氨基酸溶液 - 丙氨酸氨基酸 311.34 0.2 6.23克
0.2氨基酸在DMF中号 DMF 100 百毫升
丙氨酸氨基酸,但同样的计算,例如应为每个氨基酸进行,用适当的兆瓦。要准备100毫升氨基酸溶液溶解在100毫升DMF6.23克丙氨酸氨基酸。保存在4℃。
- 脱保护解决方案- 添加HOBt 135.1 0.1 3.37克
哌啶的DMF 20%的v / v溶液用0.1M的HOBt 哌啶 50 50毫升
DMF 200 200毫升
脱保护是用于除去Fmoc 的-保护基。要准备250毫升脱保护液溶解3.37克的HOBt在200毫升DMF并加入50毫升哌啶。保存在4℃。
- 激活解决方案 - HBTU 379.24 0.45 18.96克
0.45M的HBTU在DMF DMF 100 百毫升
活化剂与活化剂碱用于激活偶联反应前的氨基酸。要准备100毫升活化剂溶液溶解18.96克HBTU在100毫升DMF。保存在4℃。
- 激活基地的解决方案 - DIEA 129.24 0.742 2 34.80毫升
的2M DIEA的NMP NMP 65.20毫升
活化基用于与活化剂来激活偶联反应前的氨基酸。要准备100毫升活化剂的碱溶液混合34.8毫升DIEA和65.2毫升NMP。保存在4℃。
试剂 MW(克/摩尔) D(克/毫升) 体积(ml) 公式 总金额
酐溶液 - 10:1:10酐/ DMAP / DIEA的NMP 戊二/丁二酸酐 114.1 / 100.07 10 0.11 /0.10克
DMAP 122.2 1 0.01克
DIEA 129.24 0.742 10 0.09毫升
NMP 5毫升
溶解0.11 / 0.10克的戊二/琥珀酐在5ml NMP中,添加0.01克DMAP和0.09 ml的的DIEA到溶液中。准备一个新的解决方案。
酸溶液 - 10:1:10的酸/ DMAP / DIC的DMF 己二酸/庚二酸 146.14 / 160.17 10 0.15 /0.16克
DMAP </ TD> 122.2 1 0.01克
DIC 126.2 0.806 10 0.16毫升
DMF 5毫升
溶解0.15 / 0.16克己二酸/庚二酸在5ml DMF中,加入0.01克DMAP和0.16 ml的DIC的溶液中。准备一个新的解决方案。
环化解决方案 - 5:10的PyBOP / DIEA的DBM 的PyBOP 520.3 0.26克
DIEA 129.24 0.742 10 0.09毫升
DBM 5毫升 5毫升
溶解0.26克的PyBOP在5ml DBM和添加0.09 ml的的DIEA到溶液中。准备新的解决方案。

表1.试剂和解决方案的骨干环肽合成的综合解决方案和试剂 。清单提供。

微波周期 功率(W) 温度 (℃) 时间(秒)
1 耦合氨基酸 25 75 300
2 Fmoc保护的脱保护 (一)初始去保护 45 75 三十
(b)完成脱保护 45 75 180


表2.微波周期耦合和去保护。微波周期氨基酸偶合和Fmoc去保护。 (1)耦合的氨基酸。 (一)的初始和(b)完全脱保护:将Fmoc掩蔽基团(2)的脱保护在两个步骤中完成的。

问题 可能原因
凯撒或氯苯醌测试后的氨基酸偶联积极的氨基酸偶联不完全重复该偶联步骤
肽不能有效地从上清液中分离 TFA的过量蒸发用氮气流的样品
缺失序列中的产品存在去除Fmoc不完整监测脱保护由凯瑟或四氯苯醌的测试和/或小规模裂解,万一去除Fmoc是不完全重复的步骤
氨基酸couplING是不完整监视其偶合由凯瑟或四氯苯醌的测试和/或小规模裂解,万一氨基酸偶联不完全重复步骤和/或使用较长的反应时间

提供表3.故障诊断意见为最常见的合成挑战的解决方案列表。

序列 ñ 女士。卡尔。 MS观测。 HPLC 产量 寄生虫生存能力
PL1 RNGQCQRK-GG-YGRKKRRQRRR 2 2854.321 2853.456 98% 86% 25%
PL2 RNGQCQRK-GG-YGRKKRRQRRR 3 2868.348 98% 87% 100%
PL3 RNGQCQRK-GG-YGRKKRRQRRR 4 2882​​.375 2881.823 96% 89% 97%
PL4 RNGQCQRK-GG-YGRKKRRQRRR 2896.402 2895.603 97% 85% 98%

表4.表征和肽在这项研究中的生物活性。n引用在烷基间隔参见图3为结构)亚甲基的数目。 MS做使用MALDI技术和纯度通过分析型HPLC确定。肽加到杜氏利什曼原虫前鞭毛体和寄生虫的可行性进行评估,并表示为存活百分比相对于对照培养孵育在不存在肽。只有PL1具有较高的利什曼原虫的活性。观察员被失明的实验条件。数据代表三次独立的实验。

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Discussion

从使用一个完全自动化的微波合成的利什曼原虫的蛋白质缺乏衍生骨干环肽的焦点库的合成描述。环肽的焦点库与保守的药效和各种接头的发展。加入各种接头如戊二酸酐,琥珀酸酐,己二酸,庚二酸,赖氨酸,鸟氨酸,和其他构件块的可用于增加品种的环肽的构象空间。有重点的环肽库的合成,使研究人员筛选最佳的构象空间。因为环肽的构象的变化取决于参数例如环的尺寸和位置,可以产生具有不同的构象不同的类似物,其可以是生物结构-活性关系研究 ​​有用88。

在SPPS一个主要挑战是诊断SYNT由于没有中间hetic进步和解决问题的能力是孤立的。因此,几个比色试验可以用来监测反应,如那些识别游离胺通过凯撒和氯醌测试。如果凯瑟或四氯苯醌测试不是指示例如脯氨酸和羟基脯氨酸不与茚三酮相同的方式作出反应,其他氨基酸,因为它们的α氨基是五元环的一部分),一个小规模的裂解反应和质谱分析可以被应用到监测合成的进展。

切割时间和裂解混合物可以基于化学性质和所使用的保护基团的数目被修改。建议在使用少量的树脂(1-10毫克)的初始试用切割被执行以验证在适当的条件。王等人已测试了不同的切割鸡尾酒关于各种肽和它们的详细准则可被用于优化reactioN条件89。为骨架的环肽,孵育至少3小时,推荐作为默认为充分裂解。然而,含有大量的保护基团或难以保护基团的肽例如,叔丁基酯或五甲基-2,3-二氢苯并呋喃-5-磺酰基)应孵育较长时间,以确保完全脱保护。在这里,我们还没有系统地研究最佳的切割时间或鸡尾酒。然而,我们发现,一个短切割时间(小于2小时)产生了一些保护基的不完全切割。

标准微波肽合成协议是为各种肽合成普遍适用的方法。在大多数情况下,使用自动微波合成器中的降低了合成的持续时间,并增加了产品的产率和纯度。此外,它降低副反应如外消旋化和aspartimide形成。虽然我们还没有做一个侧由端在这项研究中的微波和常规合成的比较的基础上,我们和其他实验室的经验,它表明,使用微波辅助合成的是优于常规的协议61,70。几乎所有的活化剂和树脂可以在微波SPPS被有效地使用和一般方法也可以应用到各种修饰的肽,例如,糖肽,磷酸肽,azapeptides,拟肽,和环肽90的合成。

环化是一种方便的方式,以提高线性前体的效力和稳定性。环肽可以得到所希望的构象约束,可能有助于增加的结合亲和力和选择性。此外,线性肽可以被修饰以包含多个环状环,使它们能可能针对多个内源蛋白结合的接口91。然而,值得注意的是,环化是很重要的不necessarily有助于改进所有或有时这些属性。某些环状肽可以导致不由靶向受体识别构象(例如92,93)。因此,环肽的一个焦点库是必要的画面的生物活性。最后,合成的环肽具有所需的药理学特征,小到足以穿过细胞膜,并且大到足以具有高的选择性。高效力,特异性和安全配置文件作出贡献的环肽“的承诺作为候选药物。

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Disclosures

作者什么都没有透露。

Acknowledgments

我们感谢劳伦凡沃森霍夫,Sunhee黄某和达里亚Mochly - 罗森有益的讨论。这项工作是支持的健康资助NIH RC4 TW008781-01 C-IDEA(SPARK)全国学院与NQ的资助者在研究设计,数据收集和分析,发布决定,或准备的手稿没有作用。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
REAGENTS
Solid support, Rink Amide AM resin ML CBL BR-1330 loading: 0.49 mmol/g
Fmoc-Ala-OH Advanced Chemtech FA2100
Fmoc-Arg(Pbf)-OH Advanced Chemtech FR2136
Fmoc-Asn(Trt)-OH Advanced Chemtech FN2152
Fmoc-Asp(OBut)-OH Advanced Chemtech FD2192
Fmoc-Cys(Trt)-OH Advanced Chemtech FC2214
Fmoc-Gln(Trt)-OH Advanced Chemtech FQ2251
Fmoc-Glu(OtBu)-OH Advanced Chemtech FE2237
Fmoc-Gly-OH Advanced Chemtech FG2275
Fmoc-His(Trt)-OH Advanced Chemtech FH2316
Fmoc-Ile-OH Advanced Chemtech FI2326
Fmoc-Leu-OH Advanced Chemtech FL2350
Fmoc-Lys(Boc)-OH Advanced Chemtech FK2390
Fmoc-Met-OH Advanced Chemtech FM2400
Fmoc-Phe-OH Advanced Chemtech FF2425
Fmoc-Pro-OH Advanced Chemtech FP2450
Fmoc-Ser-(tBu)-OH Advanced Chemtech FS2476
Fmoc-Thr(tBu)-OH Advanced Chemtech FT2518
Fmoc-Trp(Boc)-OH Advanced Chemtech FW2527
Fmoc-Tyr(But)-OH Advanced Chemtech FY2563
Fmoc-Val-OH Advanced Chemtech FV2575
1-Methyl-2-pyrrolidinone (NMP) Sigma 328634 Caution Toxic/Highly flammable/Irritant.
N,N-Dimethylformamide (DMF) Alfa Aesar 43465 Caution Toxic.
Use high quality DMF to eliminate side reactions such as Fmoc removal as a result of the dimethylamine traces from DMF decomposition.
Dichloromethane (DCM) Sigma D65100 Caution Harmful
Dibromomethane (DBM) Sigma D41868 Caution Harmful
Trifluoroacetic acid (TFA) Sigma T62200 Caution Corrosive/Toxic
Trifluoroacetic acid, HPLC grade (TFA) Sigma 91707 Caution Corrosive/Toxic
Diethylether Sigma 31690 Caution Highly flammable/Harmful
Triisopropylsilane (TIS) Sigma 233781 Caution Irritant/Flammable
Water, HPLC grade Sigma 270733
Acetonitroile, HPLC grade (ACN) Fisher Scientific A998-4 Caution Flammable/Irritant/Harmful
N,N-Diisopropylethylamine (DIEA) Sigma 3440 Caution Corrosive/Highly flammable
Piperidine Sigma W290807 Caution Toxic/Highly flammable
Pyridine Sigma 270970 Caution Highly flammable/Harmful
Ethanol (EtOH) Sigma 459844 Caution Highly flammable/Irritant
1-Hydroxybenzotriazole hydrate (HOBt) Sigma 157260 Caution Highly flammable/Irritant/Harmful
O-(Benzotriazol-1-yl)-N,N,N′,N′- tetramethyluronium hexafluorophosphate (HBTU) Sigma 12804 Caution Irritant/Harmful
Benzotriazole-1-ly-oxy-tris-pyrrolidinophosphonium hexafluorphosphate (PyBOP) Advanced Chemtech RC8602 Caution Irritant
Ninhydrin Sigma 454044 Caution Harmful
Phenol Sigma P3653 Caution Corrosive/Toxic
Potassium cyanide (KCN) Sigma 11813 Caution Very Toxic
Potassium hydroxide (KOH) Sigma 221473 Caution Toxic
N,N’-Diisopropylcarbodiimide (DIC) Sigma 38370 Caution Flammable/ Toxic
4-Dimethylaminopyridine (DMAP) Sigma 522805 Caution Toxic/Irritant
Glutaric anhydride Sigma G3806 Caution Flammable/Irritant/Harmful
Succinic anhydride Sigma 239690 Caution Irritant/Harmful
Adipic acid Sigma A26357 Caution Toxic/Irritant
Pimelic acid Sigma P45001 Caution Toxic/Irritant
Chloranil Sigma 23290 Caution Toxic/Irritant
Acetaldehyde Sigma 402788 Caution Flammable/ Toxic
EQUIPMENT
Centrifuge Beckman Coulter Allegra 6R centrifuge
Lyophilizer Labconco freezone 4.5
Vacuum pump Franklin Electric model 1101101416 with 3/4 HP Alcatel pump with Franklin Motor 
Polypropylene cartridge 12 ml Applied Separation 2419
Cap plug for 12 ml polypropylene cartridge Applied Separation 8157
Polypropylene cartridge 3 ml Applied Separation 2413
Cap plug for 3 ml polypropylene cartridge Applied Separation 8054
Stop cocks PTFE Applied Separation 2406
Tubes flat, 50 ml VWR 21008-240
Extraction manifold, 20 pos, 16 x 100 mm tubes Waters WAT200609
Shaker, BD adams nutator mixer Fisher scientific 22363152
Nalgene HDPE narrow mouth IP2 bottles, 125 ml Fisher scientific 03-312-8
Erlenmeyer flask Fisher Scientific FB-501, 500 ml
Heating block Thermolyne 1760 dri bath
Disposable borosilicate glass tubes with plain end Fisher Scientific 14-961-25
Micropipettes and tips Finnpipette Thermo 20–200 and 100–1,000 μl
HPLC vials - micro vl pp 400 µl PK100   VWR 69400-124
HPLC vial- Blue Snap-It Cap VWR 66030-600
Analytical HPLC column Peeke Scientific U1-5C18Q-JJ ultro 120 5 µm C18Q, 4.6 mm ID 150 mm
Prep HPLC column, XBridge  Waters OBD C18 5 µm column 19 mm × 150 mm
Mass spectrometer Applied Biosystems Voyager DE-RP 
Nitrogen cylinder
Desiccator
Analytical RP-HPLC system Shimadzu LC-20 equipped with: CBM-20A system controller, SPD-20A detector, CTO-20A column oven, 2 x LC-20AD solvent delivery unit, SIL-20AC autosampler, DGU-20A5 degasser (Shimadzu, MD, USA).
Preparative RP-HPLC system Shimadzu LC-20 equipped with: CBM-20A system controller, SPD-20A detector, CTO-20A column oven, 2 x LC-6AD solvent delivery unit and FRC-10A fraction collector (Shimadzu, MD, USA).

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