A peptidek a vegyületek egy osztálya, amelyek több aminosav peptidkötéseken keresztül történő összekapcsolódásával jönnek létre.Mindenütt jelen vannak az élő szervezetekben.Eddig több tízezer peptidet találtak élő szervezetekben.A peptidek fontos szerepet játszanak a különböző rendszerek, szervek, szövetek és sejtek funkcionális tevékenységének szabályozásában, valamint az élettevékenységekben, gyakran használják funkcionális elemzésekben, antitestkutatásban, gyógyszerfejlesztésben és más területeken.A biotechnológia és a peptidszintézis technológia fejlődésével egyre több peptid gyógyszert fejlesztettek ki és alkalmaznak a klinikán.
A peptidmódosítások széles skálája létezik, amelyeket egyszerűen fel lehet osztani utólagos módosításra és folyamatmódosításra (származott aminosav módosítással), valamint N-terminális módosításra, C-terminális módosításra, oldallánc módosításra, aminosav módosításra, csontváz módosításra, stb., a módosítás helyétől függően (1. ábra).A peptid láncok fő láncszerkezetének vagy oldallánc-csoportjainak megváltoztatásának fontos eszközeként a peptid módosítással hatékonyan lehet megváltoztatni a peptidvegyületek fizikai és kémiai tulajdonságait, növelni a vízoldhatóságot, meghosszabbítani az in vivo hatásidőt, megváltoztatni biológiai eloszlásukat, megszüntetni az immunogenitást. , csökkenti a toxikus mellékhatásokat stb. Ebben a cikkben számos fő peptidmódosítási stratégiát és azok jellemzőit mutatjuk be.
1. Biciklizálás
A ciklikus peptidek számos alkalmazási területtel rendelkeznek a biomedicinában, és számos biológiai aktivitású természetes peptid ciklikus peptid.Mivel a ciklikus peptidek általában merevebbek, mint a lineáris peptidek, rendkívül ellenállóak az emésztőrendszerrel szemben, túlélnek az emésztőrendszerben, és erősebb affinitást mutatnak a célreceptorokhoz.A ciklizálás a legközvetlenebb módja a ciklikus peptidek szintetizálásának, különösen a nagy szerkezeti vázzal rendelkező peptidek esetében.A ciklizálási mód szerint oldallánc-oldallánc típusra, terminál - oldallánc típusra, terminál - terminális típusra (végtől végig típusra) osztható.
(1) oldalláncról oldalláncra
Az oldalláncról oldalláncra történő gyűrűzárás leggyakoribb típusa a cisztein-maradékok közötti diszulfidhíd.Ezt a ciklizálást úgy vezetik be, hogy egy pár cisztein-maradékot eltávolítanak, majd oxidálják, hogy diszulfid kötéseket képezzenek.A policiklusos szintézis a szulfhidril-védőcsoportok szelektív eltávolításával valósítható meg.A ciklizálás elvégezhető disszociáció utáni oldószerben vagy disszociáció előtti gyantán.A gyantán végzett ciklizálás kevésbé hatékony lehet, mint az oldószeres ciklizálás, mivel a gyantán lévő peptidek nem alkotnak könnyen ciklizált konformációkat.Az oldallánc - oldallánc gyűrűzárás másik típusa az amid szerkezet kialakítása egy aszparaginsav vagy glutaminsav és a bázis aminosav között, ami megköveteli, hogy az oldallánc védőcsoportot szelektíven eltávolíthassák a polipeptidből vagy a gyantán vagy disszociáció után.Az oldallánc-oldallánc gyűrűzárás harmadik típusa a difenil-éterek tirozin vagy p-hidroxi-fenil-glicin általi képzése.Ez a fajta ciklizálás a természetes termékekben csak a mikrobiális termékekben található meg, és a ciklizációs termékek gyakran potenciális gyógyászati értékkel bírnak.Ezeknek a vegyületeknek az előállítása egyedi reakciókörülményeket igényel, ezért nem gyakran használják őket a hagyományos peptidek szintézisében.
(2) terminál-oldallánc
A terminális oldallánc ciklizálása általában magában foglalja a C-terminálist a lizin vagy az ornitin oldallánc aminocsoportjával, vagy az N-terminálist az aszparaginsav vagy a glutaminsav oldalláncával.Más polipeptid ciklizálást úgy hajtanak végre, hogy éterkötéseket hoznak létre a C terminális és a szerin vagy treonin oldalláncai között.
(3) Terminál vagy fejtől farokig típusú
A láncpolipeptidek vagy oldószerben körbevezethetők, vagy oldallánc ciklizálással gyantán rögzíthetők.Alacsony koncentrációjú peptideket kell alkalmazni az oldószer-centralizáció során, hogy elkerüljük a peptidek oligomerizációját.A fejtől-farkig szintetikus gyűrűs polipeptid hozama a láncpolipeptid szekvenciájától függ.Ezért a ciklikus peptidek nagy léptékű előállítása előtt először létre kell hozni egy könyvtárat a lehetséges láncolt ólompeptidekből, majd ciklizálást kell végezni, hogy megtaláljuk a legjobb eredménnyel rendelkező szekvenciát.
2. N-metilezés
Az N-metiláció eredetileg a természetes peptidekben fordul elő, és bekerül a peptidszintézisbe, hogy megakadályozza a hidrogénkötések kialakulását, ezáltal a peptidek ellenállóbbá válnak a biológiai lebontással és a kiürüléssel szemben.A peptidek szintézise N-metilezett aminosav származékok felhasználásával a legfontosabb módszer.Ezenkívül az N-(2-nitro-benzolszulfonil-klorid) polipeptid-gyanta intermedierek Mitsunobu reakciója metanollal is használható.Ezt a módszert N-metilezett aminosavakat tartalmazó ciklikus peptidkönyvtárak előállítására használták.
3. Foszforilezés
A foszforiláció az egyik leggyakoribb poszttranszlációs módosulás a természetben.Az emberi sejtekben a fehérjék több mint 30%-a foszforilált.A foszforiláció, különösen a reverzibilis foszforiláció, fontos szerepet játszik számos sejtfolyamat szabályozásában, mint például a jelátvitel, a génexpresszió, a sejtciklus és a citoszkeleton szabályozása, valamint az apoptózis.
A foszforiláció számos aminosavnál megfigyelhető, de a leggyakoribb foszforilációs célpontok a szerin, treonin és tirozin csoportok.A foszfotirozint, foszfotreonint és foszfoszerin-származékokat vagy a szintézis során bejuttathatjuk a peptidekbe, vagy a peptidszintézis után képződhetnek.A szelektív foszforiláció szerin-, treonin- és tirozin-maradékokkal valósítható meg, amelyek szelektíven eltávolítják a védőcsoportokat.Egyes foszforiláló reagensek utómódosítással foszforsavcsoportokat is bevihetnek a polipeptidbe.Az elmúlt években a lizin helyspecifikus foszforilációját kémiailag szelektív Staudinger-foszfit reakcióval érték el (3. ábra).
4. Mirisztoilezés és palmitoilezés
Az N-terminális zsírsavakkal történő acilezése lehetővé teszi a peptidek vagy fehérjék sejtmembránokhoz való kötődését.Az N-terminális miridamoilezett szekvencia lehetővé teszi az Src család protein kinázainak és a reverz transzkriptáz Gaq fehérjéknek a sejtmembránokhoz való kötődését.A mirisztinsavat a gyanta-polipeptid N-terminálisához kapcsoltuk standard kapcsolási reakciókkal, és a kapott lipopeptidet standard körülmények között disszociáltuk, és RP-HPLC-vel tisztíthatjuk.
5. Glikoziláció
A glikopeptidek, például a vankomicin és a teikolanin fontos antibiotikumok a gyógyszerrezisztens bakteriális fertőzések kezelésében, és más glikopeptideket gyakran használnak az immunrendszer stimulálására.Ezen túlmenően, mivel sok mikrobiális antigén glikozilált, nagy jelentősége van a glikopeptidek tanulmányozásának a fertőzés terápiás hatásának javítása érdekében.Másrészt azt találták, hogy a tumorsejtek sejtmembránján lévő fehérjék abnormális glikozilációt mutatnak, ami miatt a glikopeptidek fontos szerepet játszanak a rák és a daganatos immunvédelem kutatásában.A glikopeptideket Fmoc/t-Bu módszerrel állítjuk elő.A glikozilezett aminosavakat, például a treonint és a szerint gyakran visznek be a polipeptidekbe pentafluor-fenol-észterrel aktivált fMOC-okkal, hogy megvédjék a glikozilált aminosavakat.
6. Izoprén
Az izopentadieniláció a C-terminális közelében lévő oldallánc cisztein-maradékain történik.A fehérje-izoprén javíthatja a sejtmembrán affinitását és fehérje-fehérje kölcsönhatást alakíthat ki.Az izopentadiénezett fehérjék közé tartozik a tirozin-foszfatáz, a kis GTáz, a cochaperon molekulák, a nukleáris lamina és a centromer kötő fehérjék.Izoprén polipeptidek előállíthatók izoprén gyantán történő felhasználásával vagy cisztein-származékok bejuttatásával.
7. Polietilénglikol (PEG) módosítás
A PEG módosítás felhasználható a fehérje hidrolitikus stabilitásának, biológiai eloszlásának és a peptid oldhatóságának javítására.A PEG-láncok peptidekbe való beépítése javíthatja azok farmakológiai tulajdonságait, és gátolja a peptidek proteolitikus enzimek általi hidrolízisét is.A PEG peptidek könnyebben átjutnak a glomeruláris kapilláris keresztmetszetén, mint a közönséges peptidek, nagymértékben csökkentve a vese clearance-ét.A PEG peptidek in vivo meghosszabbított aktív felezési ideje miatt a normál kezelési szint alacsonyabb dózisokkal és ritkább peptid gyógyszerekkel tartható.A PEG módosításnak azonban negatív hatásai is vannak.A nagy mennyiségű PEG megakadályozza, hogy az enzim lebontsa a peptidet, és csökkenti a peptid kötődését a célreceptorhoz.A PEG-peptidek alacsony affinitását azonban általában ellensúlyozza hosszabb farmakokinetikai felezési ideje, és mivel hosszabb ideig vannak jelen a szervezetben, a PEG-peptidek nagyobb valószínűséggel szívódnak fel a célszövetekbe.Ezért a PEG polimer specifikációit optimalizálni kell az optimális eredmény érdekében.Másrészt a PEG peptidek felhalmozódnak a májban a csökkent vese clearance miatt, ami makromolekuláris szindrómát eredményez.Ezért a PEG-módosításokat körültekintőbben kell megtervezni, ha peptideket használnak gyógyszertesztekhez.
A PEG módosítók gyakori módosító csoportjait nagyjából a következőképpen lehet összefoglalni: Amino (-amin) -NH2, aminometil-Ch2-NH2, hidroxi-OH, karboxi-Cooh, szulfhidril (-Tiol) -SH, Maleimide -MAL, szukcinimid-karbonát - SC, szukcinimid-acetát -SCM, szukcinimid-propionát -SPA, n-hidroxi-szukcinimid -NHS, akrilát-ch2ch2cooh, aldehid -CHO (például propionald, butirALD), akrilbázis (-akrilát-acrl), biotinil-azid Biotin, fluoreszcein, glutaril-GA, akrilát-hidrazid, alkin-alkin, p-toluolszulfonát-OT-k, szukcinimid-szukcinát-SS stb. A karbonsavakat tartalmazó PEG-származékok n-terminális aminokhoz vagy lizin oldalláncokhoz kapcsolhatók.Az aminoaktivált PEG aszparaginsav vagy glutaminsav oldalláncokhoz kapcsolható.A mal-aktivált PEG konjugálható a teljesen védőcsoport nélküli cisztein oldalláncok merkaptánjához [11].A PEG módosítókat általában a következőképpen osztályozzák (megjegyzés: az mPEG jelentése metoxi-PEG, CH3O-(CH2CH2O)n-CH2CH2-OH):
(1) egyenes láncú PEG módosító
mPEG-SC, mPEG-SCM, mPEG-SPA, mPEG-OT, mPEG-SH, mPEG-ALD, mPEG-butirALD, mPEG-SS
(2) bifunkciós PEG módosító
HCOO-PEG-COOH, NH2-PEG-NH2, OH-PEG-COOH, OH-PEG-NH2, HCl·NH2-PEG-COOH, MAL-PEG-NHS
(3) elágazó PEG módosító
(mPEG)2-NHS, (mPEG)2-ALD, (mPEG)2-NH2, (mPEG)2-MAL
8. Biotinizálás
A biotin erősen kötődhet avidinnel vagy sztreptavidinnel, és a kötési ereje megközelíti a kovalens kötést.A biotinnal jelölt peptideket általánosan használják immunvizsgálatban, hisztocitokémiában és fluoreszcencia alapú áramlási citometriában.Jelzett antibiotin antitestek is használhatók biotinilált peptidek megkötésére.A biotin jelölések gyakran a lizin oldalláncához vagy az N-terminálishoz kapcsolódnak.A 6-amino-kapronsavat gyakran használják kötésként a peptidek és a biotin között.A kötés rugalmasan kötődik a hordozóhoz, és jobban kötődik sztérikus akadályok jelenlétében.
9. Fluoreszcens címkézés
A fluoreszcens jelölés segítségével nyomon követhetők a polipeptidek élő sejtekben, és tanulmányozhatók az enzimek és a hatásmechanizmusok.A triptofán (Trp) fluoreszkáló, így belső jelölésre is használható.A triptofán emissziós spektruma a perifériás környezettől függ, és csökken az oldószer polaritásának csökkenésével, amely tulajdonság hasznos a peptidszerkezet és a receptorkötés kimutatására.A triptofán fluoreszcenciája kioltható protonált aszparaginsavval és glutaminsavval, ami korlátozhatja felhasználását.A Dansyl-klorid-csoport (Dansyl) erősen fluoreszkáló, ha aminocsoporthoz kötődik, és gyakran használják aminosavak vagy fehérjék fluoreszcens jelöléseként.
A fluoreszcencia rezonancia Az energiakonverzió (FRET) hasznos az enzimvizsgálatokhoz.Amikor FRET-et alkalmazunk, a szubsztrát polipeptid általában tartalmaz egy fluoreszcenciát jelölő csoportot és egy fluoreszcenciát kioltó csoportot.A jelzett fluoreszcens csoportokat a kvencser nem foton energiatranszferrel oltja ki.Amikor a peptid a kérdéses enzimről disszociál, a jelölőcsoport fluoreszcenciát bocsát ki.
10. Ketrec polipeptidek
A ketrecpeptidek optikailag eltávolítható védőcsoportokkal rendelkeznek, amelyek megvédik a peptidet a receptorhoz való kötődéstől.Ha UV sugárzásnak van kitéve, a peptid aktiválódik, és helyreállítja affinitását a receptorhoz.Mivel ez az optikai aktiválás idő, amplitúdó vagy hely szerint szabályozható, a ketrecpeptidek felhasználhatók a sejtekben előforduló reakciók tanulmányozására.A ketreces polipeptidek leggyakrabban használt védőcsoportjai a 2-nitrobenzil-csoportok és származékaik, amelyek védő aminosav-származékokon keresztül vezethetők be a peptidszintézisbe.A kifejlesztett aminosav-származékok a lizin, cisztein, szerin és tirozin.Az aszpartát- és glutamát-származékokat azonban nem használják általánosan, mivel a peptidszintézis és disszociáció során ciklizációra hajlamosak.
11. Poliantigén peptid (MAP)
A rövid peptidek általában nem immunisak, és hordozófehérjékhez kell kapcsolni az antitestek termeléséhez.A poliantigén peptid (MAP) több, egyforma peptidből áll, amelyek lizin magokhoz kapcsolódnak, amelyek specifikusan képesek nagy potenciájú immunogének expresszálására, és felhasználhatók peptid-hordozó fehérje-párok előállítására.A MAP polipeptidek szilárd fázisú szintézissel szintetizálhatók MAP gyantán.A nem teljes kapcsolódás azonban egyes ágakon hiányzó vagy csonkolt peptidláncokat eredményez, és így nem mutatja az eredeti MAP polipeptid tulajdonságait.Alternatív megoldásként a peptidek külön-külön is előállíthatók és tisztíthatók, majd MAP-hoz kapcsolhatók.A peptidmaghoz kapcsolódó peptidszekvencia jól meghatározott és tömegspektrometriával könnyen jellemezhető.
Következtetés
A peptidmódosítás a peptidek tervezésének fontos eszköze.A kémiailag módosított peptidek nemcsak magas biológiai aktivitást képesek fenntartani, hanem hatékonyan elkerülhetik az immunogenitás és a toxicitás hátrányait is.Ugyanakkor a kémiai módosítás néhány új kiváló tulajdonsággal ruházhatja fel a peptideket.Az utóbbi években gyorsan fejlődött a polipeptidek utómódosítására szolgáló CH-aktiválás módszere, és számos fontos eredmény született.
Feladás időpontja: 2023. március 20