Псевдопролин
псевдопролина (также псевдопролина , ψ-Pro) Производные представляют собой искусственно созданные дипептиды для минимизации агрегации во время Fmoc синтеза пептидов твердофазного .
История
[ редактировать ]Химический синтез крупных пептидов по-прежнему ограничен проблемами низкой сольватации во время твердофазного синтеза пептидов (SPPS) или ограниченной растворимостью полностью защищенных пептидных фрагментов: даже методы хемоселективного лигирования затруднены самоассоциацией незащищенных пептидных блоков. Выяснение связи между предпочтительной конформацией растущей пептидной цепи и ее физико-химическими свойствами показывает, что образование β-листа ( бета-листа ) часто сопровождается значительным снижением сольватации и растворимости . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Помимо попыток повысить сольватацию пептидов аминокислот внешними факторами, имеются единичные попытки, т.е. производные N-замещенных . Hmb [ 4 ] и псевдопролины (см. рисунок вверху справа) [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] Сообщалось, что они изменяют внутренние свойства пептидов, ответственных за агрегацию и образование вторичной структуры . Псевдопролины состоят из серина (Oxa) или треонина производных оксазолидинов, [Oxa(5-Me)] и тиазолидинов, производных цистеина (THz) с пролин -подобной кольцевой структурой (см. вверху справа). Муттер и коллеги [ 8 ] определили окса- и тиапролиновые производные серина, треонина и цистеина с Ser (ψPro). Thr(ψPro) и Cys(ψPro) соответственно, где аббревиатура ψPro указывает на родство с пролином (с гетероатомным замещением кольца в положении 4). Псевдопролины с замещением во 2-м положении пролинового кольца получили название Ser/Thr/Cys-(ψR1,R2 Pro). Из-за предпочтения цис-амидной связи [ 9 ] с предшествующим остатком C2-замещенных псевдопролинов, их включение приводит к излому конформации основной цепи пептида, тем самым предотвращая агрегацию пептида , самоассоциацию или образование β-структуры.
Следовательно, псевдопролины выполняют две функции одновременно: они служат (1) временной защитой боковой цепи для Ser, Thr и Cys и (2) солюбилизирующими строительными блоками для увеличения скорости сольватации и связывания во время синтеза пептидов и последующей сборки цепи. Псевдопролины получают путем взаимодействия свободных аминокислот с альдегидами или кетонами. [ 10 ] [ 11 ] Присоединение производных аминокислот к растущей пептидной цепи, содержащей N-концевой псевдопролин, обычно приводит к низким выходам из-за стерически затрудненной природы оксазолидиновой (тиазолидиновой) кольцевой системы и пониженной нуклеофильности атома азота. Следовательно, предварительное образование защищенных соответствующим образом дипептидных производных типа FMOC-Xaa1-Oxa/THz-OH является предпочтительным для использования в синтезе пептидов. Для получения дипептидных производных, содержащих оксазолидиновые и тиазолидиновые кольца, возможны два концептуально различных подхода: (1) ацилирование in situ оксазолидинов, полученных из Ser или Thr, или тиазолидинов, полученных из Cys, с использованием фторидов кислот или N-карбоксиангидридов (NCA) ; и (2) прямая вставка оксазолидиновых систем в дипептиды (постинсерция), содержащие С-концевой Ser или Thr. Выбор метода сильно зависит от природы псевдопролина, а также от заместителей при С2 циклической системы.
Преимущества
[ редактировать ]
Псевдопролины — мощный инструмент улучшения качества синтетических пептидов. [ 12 ] Псевдопролиновые дипептиды значительно увеличили вероятность успеха синтеза как длинных, так и сложных пептидов. Дипептиды псевдопролина можно вводить так же, как и другие производные аминокислот . Рутинное использование дипептидов псевдопролина ( оксазолидина ) в твердофазном пептидном синтезе FMOC (SPPS) серин- и треонин -содержащих пептидов приводит к значительному улучшению качества и выхода неочищенных продуктов и помогает избежать ненужного повторного синтеза неудачных последовательностей. [ 13 ] Псевдопролиновые дипептиды оказались особенно эффективными при синтезе сложных пептидов, длинных пептидов/маленьких белков и циклических пептидов , что позволяет во многих случаях производить пептиды, которые иначе невозможно было бы получить. Эти дипептиды чрезвычайно просты в использовании: просто замените остаток серина или треонина вместе с предыдущим аминокислотным остатком в пептидной последовательности соответствующим дипептидом псевдопролина (см. рисунок справа). Нативная последовательность регенерируется при расщеплении и снятии защиты. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]
Приложения
[ редактировать ]В последние годы несколько пептидов, таких как Т-20 (также называемый DP178), [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] Эптифибатид , зиконотид , прамлинтид , эксенатид и бивалирудин были одобрены Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США и находятся на рынке для использования при лечении различных заболеваний. Что еще более важно, в конце 2004 года более 600 пептидов находились либо в стадии разработки, либо на продвинутой доклинической стадии. [ 20 ]
Улучшения
[ редактировать ]
Традиционно твердофазный синтез основывался на смолах на основе полистирола для синтеза всех видов пептидов. Однако из-за своей высокой гидрофобности эти смолы имеют определенные ограничения, особенно при синтезе сложных пептидов, и в таких случаях смолы на основе полиэтиленгликоля (ПЭГ) часто дают превосходные результаты. Другой мощной стратегией ускорения сборки сложных пептидов является использование дипептидов псевдопролина. Эти производные нарушают взаимодействия между цепями, которые обычно являются причиной плохой эффективности связывания в агрегированных последовательностях. Сейчас доступен большой арсенал химических средств для синтеза практически всех пептидов длиной до 40 аминокислотных остатков. Однако несколько пептидов небольшого размера и многие крупные пептиды и/или белки все еще недоступны классическими методами.
эффективный пошаговый твердофазный синтез RANTES (24-91) Недавно был опубликован . RANTES является основным фактором, подавляющим ВИЧ, продуцируемым CD8+ Т-клетками. [ 21 ] Сериновая протеаза CD26/дипептидилпептидаза IV (CD26/DPP IV) индуцирует усечение NH2-конца от RANTES (1-91) до RANTES(24-91), что ингибирует инфицирование моноцитов М-тропным ВИЧ -1. напряжение [ 22 ] 68 аминокислот RANTES(24-91) имеют высокую склонность к агрегации. [ 23 ] Метод сочетает в себе преимущества смолы ChemMatrix на основе ПЭГ и дипептидов псевдопролина. [ 24 ]
Прямое соединение с мономером псевдопролина.
Сенко и его коллеги первыми подтвердили эффективность производных псевдопролина из отдельных единичных остатков в синтезе полипептидов. По данным литературы, конверсия Ser(ΨPro) была превосходной, однако Thr(ΨPro) варьировала в широких пределах. Ацилирование мономера псевдопролина зависело также от химической природы ацилирующего остатка. [ 25 ] Манн и его коллеги успешно синтезировали полипептид, полученный из человеческого гормона роста (hGH), доступ к которому ранее был затруднен, используя Ser(ΨPro), тогда как JR10 использовал Thr(ΨPro). [ 26 ] [ 27 ] Опираясь на работу Сенко и др., Санисло и его коллеги недавно улучшили эффективность ацилирования Thr(ΨPro) и включили его в свой синтезатор пептидов с непрерывным потоком. [ 28 ]
См. также
[ редактировать ]- Пролин
- Пептидомиметики (такие как пептоиды и β-пептиды ) представляют собой молекулы, родственные пептидам, но с разными свойствами.
- Синтез пептидов
- Перевод
- Рибосома
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Муттер, М., Вийемье, С., Ангью. Chem., (1989) 101, стр.551; Энджью. хим. Межд. Эд. англ., (1989) 28, с.535
- ^ Тониоло. С, Бонора. ГМ, Мултер. М., Пиллаи. ВНР, Макромол. хим. (1981) 182. с.1997
- ^ Наттер. М., Пиллаи. ВНР, Анцингер. Х., Байер Э., Тониоло К. В пептидах (1980) Брунфельдт. К. Ред., Сценарист: Копенгаген. (1981) стр.660
- ^ Джонсон, Т., Кибелл. М., Шеппард, Р.К., Дж. Пепт. наук. (1995) 1. стр.11
- ^ Вёр. Т., Валь. Э., Нефзи. А., Роведдер. С., Сато. Т., Сан, Х., Муттер. М. Дж. Ам. хим. Соц. (1996) 118, с.9218
- ^ Думи, П., Келлер. М., Райан, Д.Э., Роведдер.Б., Вёр. Т., Мюллер, MJ Am. хим. Соц., (1997) 119. с.918.
- ^ Keller, M., Sager. C, Dumy, P., Schutkowski. M., Fischer. G. S., Mutter. M., J. Am. Chem. Soc. (1998) 120, p.2714
- ^ Муттер, М., Нафзи. А., Сато. Т., Вс, Х., Валь. Э, Вёр, Т. Пеплид Рез. (1995) 8. 145.
- ^ Нефзи. А., Шенк К., мать. М. Протеин Пепт Летт. (1994) 1, с.66
- ^ Фюлоп Ф., Маттинен Дж., Пихлая К., Тетраэдр (1990) 46, стр.6545
- ^ Каллен Р.Г., Дж. Ам. хим. Соц., (1971) 93, с.6236.
- ^ П. Уайт и др. (2004) Дж. Пепт. наук. 10, 18
- ^ Бальбах Дж., Шмид FX. (2000). Изомеризация пролина и ее катализ при сворачивании белков. В механизмах сворачивания белка 2-е изд. Редактор Р. Х. Пейн. Издательство Оксфордского университета.
- ^ Т. Хаак и М. Муттер (1992) Tetrahedron Lett. 33, 1589 г.
- ^ WRSampson и др. (1999) Дж. Пепт. наук. 5, 403
- ^ П. Уайт и др. (2003) Биополимеры, 71, 338.P156.
- ^ Килби, Дж. М. и др., Nat. С. (1991) 4: 1302–1307
- ^ Wild, CT и др., Proc. Натл. акад. наук. США (1994) 91:9770-9774.
- ^ Дердейн, Калифорния, и др., Дж. Вирол. (2000) 74:8358-8367
- ^ Marx, V. Chem Eng News 2005, 83, 17-24
- ^ Кокки Ф. и др., Science 270: 1811–1815, 1995.
- ^ Пруст П. и др., J Biol Chem, Vol. 273, выпуск 13, 7222-7227, 1998 г.
- ^ Nardesse, V.;Longhi, R. Nat Struct Biol 2001, 8, 611-615.
- ^ Файна Гарсиа-Мартин и др., Биополимеры (Pept Sci) 84: 566-575, 2006.
- ^ ДАСенко; Н.Д.Тимофеев1; ИП Кашеверов; И.А.Иванов. Область применения и ограничения псевдопролинов как отдельных аминокислот в синтезе пептидов. Аминокислоты. 2021, 53, 665.
- ^ С.Р. Манн; А. Чакраборти; К. Растлер; Т. Брукдорфер; Б.Г. де ла Торре; Ф. Альберисио. Твердофазный синтез «недоступного» пептида, полученного из hGH, с использованием псевдопролинового мономера и SIT-защиты для цистеина. АСУ Омега 2022, 7, 28487-28492.
- ^ С.Р.Манн, К. Растлер, Т., Брукдорфер, Б.Г. де ла Торре; Ф. Альберисио. Введение мономера псевдопролина (Fmoc-Thr[ΨMe,Mepro]–OH) способствует эффективному твердофазному синтезу сложных пептидов. Тетраэдр Летт. 2022, 115, 154301.
- ^ Сз. Санисло, К. Ференци, А. Перцель и В. Фаркас, «Улучшенное ацилирование псевдопролина: замаскированный треонин в проточной пептидной химии», Org Process Res Dev, vol. 27, нет. 6, стр. 1053–1060, июнь 2023 г., doi: 10.1021/acs.oprd.3c00029.
