Peptidele sunt o clasă de compuși formați prin conectarea mai multor aminoacizi prin legături peptidice.Sunt omniprezente în organismele vii.Până în prezent, zeci de mii de peptide au fost găsite în organismele vii.Peptidele joacă un rol important în reglarea activităților funcționale ale diferitelor sisteme, organe, țesuturi și celule și în activitățile vieții și sunt adesea utilizate în analiza funcțională, cercetarea anticorpilor, dezvoltarea medicamentelor și în alte domenii.Odată cu dezvoltarea biotehnologiei și a tehnologiei de sinteză a peptidelor, tot mai multe medicamente peptidice au fost dezvoltate și aplicate în clinică.
Există o mare varietate de modificări de peptide, care pot fi pur și simplu împărțite în modificare post și modificare a procesului (folosind modificarea aminoacizilor derivate) și modificare N-terminală, modificare C-terminală, modificare a lanțului lateral, modificare a aminoacizilor, modificare a scheletului, etc., în funcție de locul de modificare (Figura 1).Ca mijloc important de a schimba structura principală a lanțului sau grupurile de lanț lateral ale lanțurilor peptidice, modificarea peptidei poate schimba în mod eficient proprietățile fizice și chimice ale compușilor peptidici, crește solubilitatea în apă, prelungește timpul de acțiune in vivo, modifica distribuția lor biologică, elimina imunogenitatea. , reduce efectele secundare toxice etc. În această lucrare sunt introduse câteva strategii majore de modificare a peptidelor și caracteristicile acestora.
1. Ciclizare
Peptidele ciclice au multe aplicații în biomedicină, iar multe peptide naturale cu activitate biologică sunt peptide ciclice.Deoarece peptidele ciclice tind să fie mai rigide decât peptidele liniare, ele sunt extrem de rezistente la sistemul digestiv, pot supraviețui în tractul digestiv și prezintă o afinitate mai puternică pentru receptorii țintă.Ciclizarea este cea mai directă modalitate de a sintetiza peptide ciclice, în special pentru peptidele cu schelet structural mare.În funcție de modul de ciclizare, acesta poate fi împărțit în tip de lanț lateral, tip terminal - tip lanț lateral, terminal - tip terminal (tip capăt la capăt).
(1) sidechain-to-sidechain
Cel mai comun tip de ciclizare a lanțului lateral la lanțul lateral este puntea disulfură între resturile de cisteină.Această ciclizare este introdusă de o pereche de resturi de cisteină care sunt deprotejate și apoi oxidate pentru a forma legături disulfurice.Sinteza policiclică poate fi realizată prin îndepărtarea selectivă a grupărilor de protecție sulfhidril.Ciclizarea se poate face fie într-un solvent de post-disociere, fie pe o rășină de pre-disociere.Ciclizarea pe rășini poate fi mai puțin eficientă decât ciclizarea cu solvent, deoarece peptidele pe rășini nu formează ușor conformații ciclizate.Un alt tip de ciclizare a lanțului lateral - lanț lateral este formarea unei structuri amidice între un reziduu de acid aspartic sau de acid glutamic și aminoacid de bază, ceea ce necesită ca grupa de protecție a lanțului lateral să poată fi îndepărtată selectiv din polipeptidă, fie pe rășină sau după disociere.Al treilea tip de ciclizare a lanțului lateral - lanț lateral este formarea de difenil eteri de către tirozină sau p-hidroxifenilglicină.Acest tip de ciclizare în produsele naturale se găsește doar în produsele microbiene, iar produsele de ciclizare au adesea o potențială valoare medicinală.Prepararea acestor compuși necesită condiții unice de reacție, astfel încât aceștia nu sunt adesea utilizați în sinteza peptidelor convenționale.
(2) de la terminal la lanțul lateral
Ciclizarea lanțului lateral terminal implică, de obicei, terminalul C-terminal cu gruparea amino a lanțului lateral de lizină sau ornitină, sau terminalul N-terminal cu lanțul lateral de acid aspartic sau acid glutamic.O altă ciclizare polipeptidică se realizează prin formarea de legături eterice între C terminal și lanțurile laterale de serină sau treonină.
(3) Tip terminal sau cap-coadă
Polipeptidele de lanț pot fi fie ciclate într-un solvent, fie fixate pe o rășină prin ciclare a lanțului lateral.Concentrațiile scăzute de peptide trebuie utilizate în centralizarea solventului pentru a evita oligomerizarea peptidelor.Randamentul unui polipeptid inel sintetic cap-coadă depinde de secvența polipeptidei de lanț.Prin urmare, înainte de a pregăti peptide ciclice la scară largă, ar trebui mai întâi creată o bibliotecă de posibile peptide plumb înlănțuite, urmată de ciclizare pentru a găsi secvența cu cele mai bune rezultate.
2. N-metilarea
N-metilarea are loc inițial în peptidele naturale și este introdusă în sinteza peptidelor pentru a preveni formarea legăturilor de hidrogen, făcând astfel peptidele mai rezistente la biodegradare și eliminare.Sinteza peptidelor folosind derivați de aminoacizi N-metilați este cea mai importantă metodă.În plus, poate fi utilizată reacția Mitsunobu a intermediarilor polipeptidă-rășină N-(2-nitrobenzen sulfonil clorură) cu metanol.Această metodă a fost utilizată pentru a prepara biblioteci de peptide ciclice care conțin aminoacizi N-metilați.
3. Fosforilarea
Fosforilarea este una dintre cele mai frecvente modificări post-translaționale din natură.În celulele umane, mai mult de 30% din proteine sunt fosforilate.Fosforilarea, în special fosforilarea reversibilă, joacă un rol important în controlul multor procese celulare, cum ar fi transducția semnalului, expresia genelor, reglarea ciclului celular și a citoscheletului și apoptoza.
Fosforilarea poate fi observată la o varietate de resturi de aminoacizi, dar cele mai comune ținte de fosforilare sunt reziduurile de serină, treonină și tirozină.Derivații de fosfotirozină, fosfotreonină și fosfoserină pot fi fie introduși în peptide în timpul sintezei, fie formați după sinteza peptidelor.Fosforilarea selectivă poate fi realizată folosind reziduuri de serină, treonină și tirozină care îndepărtează selectiv grupările protectoare.Unii reactivi de fosforilare pot introduce, de asemenea, grupări de acid fosforic în polipeptidă prin post-modificare.În ultimii ani, fosforilarea specifică locului a lizinei a fost realizată folosind o reacție Staudinger-fosfit selectivă chimic (Figura 3).
4. Miristoilarea și palmitoilarea
Acilarea N-terminalului cu acizi grași permite peptidelor sau proteinelor să se lege de membranele celulare.Secvența miridamoilată de pe N-terminal permite proteine kinazelor familiei Src și proteinelor Gaq de transcriptază inversă să fie țintite pentru a se lega de membranele celulare.Acidul miristic a fost legat de N-terminalul rășină-polipeptidă folosind reacții de cuplare standard, iar lipopeptida rezultată a putut fi disociată în condiții standard și purificată prin RP-HPLC.
5. Glicozilarea
Glicopeptidele precum vancomicina și teicolana sunt antibiotice importante pentru tratamentul infecțiilor bacteriene rezistente la medicamente, iar alte glicopeptide sunt adesea folosite pentru a stimula sistemul imunitar.În plus, deoarece mulți antigeni microbieni sunt glicozilați, este de mare importanță studierea glicopeptidelor pentru îmbunătățirea efectului terapeutic al infecției.Pe de altă parte, s-a descoperit că proteinele de pe membrana celulară a celulelor tumorale prezintă glicozilare anormală, ceea ce face ca glicopeptidele să joace un rol important în cercetarea cancerului și a apărării imune tumorale.Glicopeptidele sunt preparate prin metoda Fmoc/t-Bu.Reziduurile glicozilate, cum ar fi treonina și serina, sunt adesea introduse în polipeptide prin fMOC activate cu ester pentafluorofenol pentru a proteja aminoacizii glicozilați.
6. Izopren
Izopentadienilarea are loc pe reziduurile de cisteină din lanțul lateral din apropierea C-terminalului.Izoprenul proteic poate îmbunătăți afinitatea membranei celulare și poate forma interacțiune proteină-proteină.Proteinele izopentadienate includ tirozin fosfataza, GTază mici, molecule de cochaperone, lamina nucleară și proteine de legare centromerică.Polipeptidele izopren pot fi preparate folosind izopren pe rășini sau prin introducerea de derivați de cisteină.
7. Modificarea polietilenglicolului (PEG).
Modificarea PEG poate fi utilizată pentru a îmbunătăți stabilitatea hidrolitică a proteinei, biodistribuția și solubilitatea peptidei.Introducerea lanțurilor PEG în peptide poate îmbunătăți proprietățile lor farmacologice și, de asemenea, poate inhiba hidroliza peptidelor de către enzimele proteolitice.Peptidele PEG trec prin secțiunea transversală capilară glomerulară mai ușor decât peptidele obișnuite, reducând mult clearance-ul renal.Datorită timpului de înjumătățire activ extins al peptidelor PEG in vivo, nivelul normal de tratament poate fi menținut cu doze mai mici și medicamente peptidice mai puțin frecvente.Cu toate acestea, modificarea PEG are și efecte negative.Cantități mari de PEG împiedică enzima să degradeze peptida și, de asemenea, reduc legarea peptidei de receptorul țintă.Dar afinitatea scăzută a peptidelor PEG este de obicei compensată de timpul lor de înjumătățire farmacocinetic mai lung și, fiind prezente în organism mai mult, peptidele PEG au o probabilitate mai mare de a fi absorbite în țesuturile țintă.Prin urmare, specificațiile polimerului PEG ar trebui optimizate pentru rezultate optime.Pe de altă parte, peptidele PEG se acumulează în ficat din cauza clearance-ului renal redus, rezultând sindrom macromolecular.Prin urmare, modificările PEG trebuie proiectate cu mai multă atenție atunci când peptidele sunt utilizate pentru testarea medicamentelor.
Grupurile de modificare obișnuite ale modificatorilor PEG pot fi rezumate aproximativ după cum urmează: Amino (-amină) -NH2, aminometil-Ch2-NH2, hidroxi-OH, carboxi-Cooh, sulfhidril (-Tiol) -SH, Maleimidă -MAL, carbonat de succinimidă - SC, acetat de succinimidă -SCM, propionat de succinimidă -SPA, n-hidroxisuccinimidă -NHS, acrilat-ch2ch2cooh, aldehidă -CHO (cum ar fi propional-ald, butyrALD), bază acrilică (-acrilat-acrl), azido-azid, biotinil - Biotină, fluoresceină, glutaril-GA, acrilat hidrazidă, alchin-alchină, p-toluensulfonat -OT, succinimid succinat -SS etc. Derivații PEG cu acizi carboxilici pot fi cuplati la amine n-terminale sau catene laterale de lizină.PEG amino-activat poate fi cuplat la catene laterale de acid aspartic sau glutamic.PEG mal-activat poate fi conjugat cu mercaptan al lanțurilor laterale de cisteină complet deprotejate [11].Modificatorii PEG sunt clasificați în mod obișnuit după cum urmează (notă: mPEG este metoxi-PEG, CH3O-(CH2CH2O)n-CH2CH2-OH):
(1) modificator PEG cu lanț drept
mPEG-SC, mPEG-SCM, mPEG-SPA, mPEG-OTs, mPEG-SH, mPEG-ALD, mPEG-butyrALD, mPEG-SS
(2) modificator PEG bifuncțional
HCOO-PEG-COOH, NH2-PEG-NH2, OH-PEG-COOH, OH-PEG-NH2, HCl·NH2-PEG-COOH, MAL-PEG-NHS
(3) modificator PEG ramificat
(mPEG)2-NHS, (mPEG)2-ALD, (mPEG)2-NH2, (mPEG)2-MAL
8. Biotinizare
Biotina poate fi puternic legată de avidină sau streptavidină, iar puterea de legare este chiar apropiată de legătura covalentă.Peptidele marcate cu biotină sunt utilizate în mod obișnuit în imunotestare, histocitochimie și citometrie în flux pe bază de fluorescență.Anticorpii antibiotină marcați pot fi, de asemenea, utilizați pentru a lega peptidele biotinilate.Etichetele de biotină sunt adesea atașate la lanțul lateral al lizinei sau la terminalul N.Acidul 6-aminocaproic este adesea folosit ca legătură între peptide și biotină.Legătura este flexibilă în legarea de substrat și se leagă mai bine în prezența obstacolelor sterice.
9. Etichetare fluorescentă
Marcarea fluorescentă poate fi utilizată pentru a urmări polipeptidele din celulele vii și pentru a studia enzimele și mecanismele de acțiune.Triptofanul (Trp) este fluorescent, deci poate fi utilizat pentru etichetarea intrinsecă.Spectrul de emisie al triptofanului depinde de mediul periferic și scade odată cu scăderea polarității solventului, o proprietate care este utilă pentru detectarea structurii peptidei și a legării la receptor.Fluorescența triptofanului poate fi stinsă de acid aspartic protonat și acid glutamic, ceea ce poate limita utilizarea acestuia.Gruparea clorură de Dansyl (Dansyl) este foarte fluorescentă atunci când este legată de o grupare amino și este adesea folosită ca etichetă fluorescentă pentru aminoacizi sau proteine.
Rezonanța fluorescentă Conversia energiei (FRET) este utilă pentru studiile enzimelor.Când se aplică FRET, polipeptida substrat conține de obicei o grupare de marcare a fluorescenței și o grupare de stingere a fluorescenței.Grupările fluorescente marcate sunt stinse de stingător prin transfer de energie non-fotonic.Când peptida este disociată de enzima în cauză, grupul de marcare emite fluorescență.
10. Polipeptide cușcă
Peptidele cușcă au grupări protectoare care se pot îndepărta optic care protejează peptida de legarea la receptor.Când este expusă la radiații UV, peptida este activată, restabilindu-și afinitatea față de receptor.Deoarece această activare optică poate fi controlată în funcție de timp, amplitudine sau locație, peptidele din cușcă pot fi utilizate pentru a studia reacțiile care apar în celule.Cele mai frecvent utilizate grupări protectoare pentru polipeptidele cușcă sunt grupările 2-nitrobenzil și derivații acestora, care pot fi introduși în sinteza peptidelor prin derivați protectori de aminoacizi.Derivații de aminoacizi care au fost dezvoltați sunt lizină, cisteină, serină și tirozină.Derivații de aspartat și glutamat, totuși, nu sunt utilizați în mod obișnuit din cauza susceptibilității lor la ciclizare în timpul sintezei și disocierii peptidelor.
11. Peptidă poliantigenică (MAP)
Peptidele scurte nu sunt de obicei imune și trebuie să fie cuplate cu proteinele purtătoare pentru a produce anticorpi.Peptida poliantigenică (MAP) este compusă din mai multe peptide identice conectate la nuclee de lizină, care pot exprima în mod specific imunogeni de mare potență și pot fi utilizate pentru a prepara cuplete de proteine purtător peptidă.Polipeptidele MAP pot fi sintetizate prin sinteza în fază solidă pe rășină MAP.Cu toate acestea, cuplarea incompletă are ca rezultat lanțuri peptidice lipsă sau trunchiate pe unele ramuri și, prin urmare, nu prezintă proprietățile polipeptidei MAP originale.Ca alternativă, peptidele pot fi preparate și purificate separat și apoi cuplate la MAP.Secvența peptidică atașată la miezul peptidei este bine definită și ușor caracterizată prin spectrometrie de masă.
Concluzie
Modificarea peptidelor este un mijloc important de proiectare a peptidelor.Peptidele modificate chimic nu numai că pot menține o activitate biologică ridicată, ci și pot evita în mod eficient dezavantajele imunogenității și toxicității.În același timp, modificarea chimică poate dota peptidele cu unele noi proprietăți excelente.În ultimii ani, metoda de activare a CH pentru post-modificarea polipeptidelor a fost dezvoltată rapid și s-au obținut multe rezultate importante.
Ora postării: 20-mar-2023