D-пептид

пептид D- представляет собой небольшую последовательность D-аминокислот . Поскольку рибосомы специфичны в отношении L-аминокислот, D-пептиды редко встречаются в организме в природе и с трудом перевариваются или разлагаются. Пептидомиметики D-пептида представляют собой D-пептиды, созданные для имитации природных L-пептидов, которые обычно обладают терапевтическими свойствами. Пептид со вторичной структурой нельзя имитировать с помощью его ретро-инверсии, поскольку связывание в обратном порядке нарушает многие взаимодействия основной цепи, необходимые для вторичной структуры. ^{[ 1 ]} Подход к имитации этих пептидов заключается в поиске подобных структур (боковых цепей) в зеркальной копии банка данных белков для структурированных элементов, а затем связывании участков с помощью ретро-инвертированных версий петель, обнаруженных в исходном белке. ^{[ 2 ]}

L-пептид Asp-Val-Ser и его зеркальное отражение. — **Рисунок 2. D-пептиды принимают конформацию зеркального отображения своих аналогов L-пептида.** Многие D-белки и другие D-пептиды, помещенные в нехиральный растворитель, такой как вода, принимают конформацию зеркального отображения своего L-пептидного аналога. На фото фрагмент L-пептида (1) с последовательностью Asp-Val-Ser и D-пептидом Asp-Val-Ser (2), показанными от C-конца к N-концу.

При помещении в нехиральный растворитель, такой как вода, D-пептиды, а также более крупные полипептидные D-белки обладают сходными, но зеркальными свойствами, с L-пептидами и L-белками с идентичными последовательностями. Если L-белку не требуется шаперон или структурный кофактор для сворачивания, его D- энантиомерный белок должен иметь конформацию зеркального отображения по отношению к L-белку (рис. 2). D-фермент должен действовать на субстраты обратной хиральности по сравнению с L-ферментом с той же последовательностью. Аналогичным образом, если L-пептид связывается с L-белком, их аналоги D-пептид и D-белок должны связываться зеркально. ^{[ 3 ]}

D-пептиды также обладают свойствами, которые делают их привлекательными в качестве лекарств. D-пептиды менее подвержены разложению в желудке или внутри клеток в результате протеолиза . Таким образом, препараты D-пептида можно принимать перорально, и они эффективны в течение более длительного периода времени. D-пептиды легко синтезировать по сравнению со многими другими лекарствами. В некоторых случаях D-пептиды могут иметь низкий иммуногенный ответ. ^{[ 4 ]}

Правильный дизайн

L-пептид имеет три аналоговые последовательности (рис. 3), построенные из L- и D-аминокислот: D-энантиомер или инверсо-пептид с той же последовательностью, но состоящий из D-аминокислот и зеркальной конформации; ретро-пептид, состоящий из той же последовательности L-аминокислот, но в обратном порядке; и ретро-инверсо или D-ретро-энантиомерный пептид, состоящий из D-аминокислот в обратной последовательности. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

В то время как L-пептид и его D-энантиомер представляют собой зеркальные структуры друг друга, L-ретропептид является зеркальным отражением D-ретро-инверсопептида. С другой стороны, L-пептид и D-ретро-инверсо-пептид имеют одинаковое расположение боковых цепей, хотя их карбоксильные и аминогруппы направлены в противоположных направлениях. Для небольших пептидов, связывание которых не зависит от вторичной структуры, L-пептид и его D-ретро-инверсо-пептид, вероятно, будут иметь сходную аффинность связывания с целевым L-белком.

Последовательность фрагментов и ее аналоги. — **Рисунок 3. L-пептид и его аналоги.** Последовательность L-пептида (1) имеет три аналога: D-энантиомер (3) с той же последовательностью, ретро-L-пептид (4) с инвертированной последовательностью и ретро-инверсный D-пептид(2) с все D-аминокислоты и инвертированная последовательность. На этом изображении (1) и (3) показаны от С-конца слева до N-конца справа, а (2) и (4) показаны от N-конца к С-концу. Обратите внимание, что (1) и (2) имеют схожие положения боковой цепи; одно представляет собой ретро-инверсную последовательность другого. То же самое относится и к (3) и (4).

Зеркальный фаговый дисплей

Фаговый дисплей — это метод скрининга больших библиотек пептидов на предмет связывания с целевым белком. При фаговом дисплее последовательность ДНК, кодирующая потенциальный пептид-лекарство, сливают с геном белковой оболочки бактериофага и вводят в вектор. Разнообразие можно внести в пептид путем мутагенеза . Затем пептиды белковых оболочек экспрессируют, очищают и наносят на поверхность иммобилизованных белковых мишеней. Затем поверхность промывают для удаления несвязывающих пептидов, в то время как оставшиеся связывающиеся пептиды элюируются. ^{[ 7 ]}

Зеркальный фаговый дисплей — аналогичный метод, который можно использовать для скрининга больших библиотек D-пептидов, которые связываются с целевыми L-белками. Точнее, поскольку D-пептиды не могут экспрессироваться в бактериофагах, фаговый дисплей в зеркальном отражении экранирует L-пептиды, которые связываются с иммобилизованными D-белками, которые ранее были синтезированы химическим путем . Из-за зеркальных свойств D-пептидов D-энантиомер L-пептида, который связывается с D-белком, будет связываться с L-белком.

Однако зеркальный фаговый дисплей имеет два недостатка по сравнению с фаговым дисплеем. Целевые D-белки необходимо синтезировать химическим путем, что обычно является дорогостоящим и трудоемким процессом. Кроме того, для сворачивания целевого белка не должен требоваться кофактор или шаперон, иначе химически синтезированный D-белок не будет сворачиваться до целевой зеркальной структуры.

**Рисунок 4. Зеркальный фаговый дисплей.** (А) Выбирается целевой белок L-аминокислоты (L-белок), для которого может быть доступен ингибитор L-пептида. Белок D-энантиомер (D-белок) химически синтезируется из той же последовательности с использованием D-аминокислот. Если целевой L-белок не требует шаперона или кофактора для сворачивания, D-белок будет отражать конформацию и свойства L-белка, но ингибитор L-пептида, скорее всего, будет иметь небольшое сродство к связыванию с ним. (Б) Синтезированные D-белки фиксируются на поверхности и подвергаются воздействию фага, демонстрирующего множество различных L-пептидов. (C) L-пептиды, которые плохо связываются с поверхностью, смываются. Остальные L-пептиды секвенированы. (D) D-энантиомерные пептиды (D-пептиды) связывающих L-пептидов синтезируют с использованием той же последовательности и тестируют на L-белках. D-пептид связывает L-белок, но, скорее всего, не связывает зеркало D-белка.

Ссылки

^ Лакруа Э., Вигера А.Р., Серрано Л. (апрель 1998 г.). «Чтение белковых последовательностей задом наперед». Складывание и дизайн . 3 (2): 79–85. дои : 10.1016/S1359-0278(98)00013-3 . ПМИД 9565752 .
^ Гартон М., Ним С., Стоун Т.А., Ван К.Э., Дебер К.М., Ким П.М. (февраль 2018 г.). «Метод создания высокостабильных аналогов D-аминокислот биоактивных спиральных пептидов с использованием зеркального отображения всей PDB» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (7): 1505–1510. Бибкод : 2018PNAS..115.1505G . дои : 10.1073/pnas.1711837115 . ПМК 5816147 . ПМИД 29378946 .
^ Милтон Р.К., Милтон СК, Кент С.Б. (1992). «Полный химический синтез D-фермента: энантиомеры протеазы ВИЧ-1 демонстрируют взаимную специфичность хирального субстрата». Наука . 256 (5062): 1445–1448. дои : 10.1126/science.1604320 . ПМИД 1604320 .
^ Уэлч Б.Д., ВанДемарк А.П., Геро А., Хилл С.П., Кей М.С. (октябрь 2007 г.). «Мощные D-пептидные ингибиторы проникновения ВИЧ-1» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (43): 16828–33. Бибкод : 2007PNAS..10416828W . дои : 10.1073/pnas.0708109104 . ПМК 2040420 . ПМИД 17942675 .
^ Гишар Г., Бенкиран Н., Зедер-Лутц Г., ван Регенмортель М.Х., Бриан Дж.П., Мюллер С. (октябрь 1994 г.). «Антигенная мимикрия природных L-пептидов с ретро-инверсо-пептидомиметиками» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 91 (21): 9765–9. Бибкод : 1994PNAS...91.9765G . дои : 10.1073/pnas.91.21.9765 . ПМК 44897 . ПМИД 7937888 .
^ Кардо-Вила М., Джордано Р.Дж., Сидман Р.Л., Бронк Л.Ф., Фан З., Мендельсон Дж., Арап В., Паскуалини Р. (март 2010 г.). «От комбинаторного выбора пептидов до прототипа лекарства (II): воздействие на путь рецептора эпидермального фактора роста» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (11): 5118–23. Бибкод : 2010PNAS..107.5118C . дои : 10.1073/pnas.0915146107 . ПМК 2841862 . ПМИД 20190183 .
^ Висехан К., Уиллболд Д. (сентябрь 2003 г.). «Зеркальный фаговый дисплей: нацеливание на зеркало». ХимБиоХим . 4 (9): 811–5. дои : 10.1002/cbic.200300570 . ПМИД 12964153 . S2CID 34014107 .

[1] Лакруа Э., Вигера А.Р., Серрано Л. (апрель 1998 г.). «Чтение белковых последовательностей задом наперед». Складывание и дизайн . 3 (2): 79–85. дои : 10.1016/S1359-0278(98)00013-3 . ПМИД 9565752 .

[2] Гартон М., Ним С., Стоун Т.А., Ван К.Э., Дебер К.М., Ким П.М. (февраль 2018 г.). «Метод создания высокостабильных аналогов D-аминокислот биоактивных спиральных пептидов с использованием зеркального отображения всей PDB» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (7): 1505–1510. Бибкод : 2018PNAS..115.1505G . дои : 10.1073/pnas.1711837115 . ПМК 5816147 . ПМИД 29378946 .

[3] Милтон Р.К., Милтон СК, Кент С.Б. (1992). «Полный химический синтез D-фермента: энантиомеры протеазы ВИЧ-1 демонстрируют взаимную специфичность хирального субстрата». Наука . 256 (5062): 1445–1448. дои : 10.1126/science.1604320 . ПМИД 1604320 .

[4] Уэлч Б.Д., ВанДемарк А.П., Геро А., Хилл С.П., Кей М.С. (октябрь 2007 г.). «Мощные D-пептидные ингибиторы проникновения ВИЧ-1» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (43): 16828–33. Бибкод : 2007PNAS..10416828W . дои : 10.1073/pnas.0708109104 . ПМК 2040420 . ПМИД 17942675 .

[5] Гишар Г., Бенкиран Н., Зедер-Лутц Г., ван Регенмортель М.Х., Бриан Дж.П., Мюллер С. (октябрь 1994 г.). «Антигенная мимикрия природных L-пептидов с ретро-инверсо-пептидомиметиками» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 91 (21): 9765–9. Бибкод : 1994PNAS...91.9765G . дои : 10.1073/pnas.91.21.9765 . ПМК 44897 . ПМИД 7937888 .

[6] Кардо-Вила М., Джордано Р.Дж., Сидман Р.Л., Бронк Л.Ф., Фан З., Мендельсон Дж., Арап В., Паскуалини Р. (март 2010 г.). «От комбинаторного выбора пептидов до прототипа лекарства (II): воздействие на путь рецептора эпидермального фактора роста» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (11): 5118–23. Бибкод : 2010PNAS..107.5118C . дои : 10.1073/pnas.0915146107 . ПМК 2841862 . ПМИД 20190183 .

[7] Висехан К., Уиллболд Д. (сентябрь 2003 г.). «Зеркальный фаговый дисплей: нацеливание на зеркало». ХимБиоХим . 4 (9): 811–5. дои : 10.1002/cbic.200300570 . ПМИД 12964153 . S2CID 34014107 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]