Split-og pool Syntese og karakterisering af peptid tertiær amid Library
Summary
Peptid tertiære amider (ESP) er en superfamilie af peptidefterligninger, der omfatter, men er ikke begrænset til peptider, peptoider og N-methylerede peptider. Her beskriver vi en syntetisk fremgangsmåde, som kombinerer både split-and-pool og sub-monomer strategier til at syntetisere en en-perle-en-forbindelse bibliotek af PTAs.
Abstract
Peptidomimetika er gode kilder til protein-ligander. Oligomerforbindelse karakter af disse forbindelser gør det muligt at få adgang til store syntetiske biblioteker på fast fase ved hjælp af kombinatorisk kemi. En af de mest velundersøgte klasser af peptidomimetika er peptoider. Peptoider er lette at syntetisere og har vist sig at være proteolyse-resistent og celle-gennemtrængelig. Gennem det seneste årti har mange nyttige proteinligander blevet identificeret gennem screening af peptoid biblioteker. Men de fleste af de ligander identificeret fra peptoid biblioteker ikke vise høj affinitet, med sjældne undtagelser. Dette kan skyldes, dels manglen på chirale centre og konformationelle begrænsninger i peptoid molekyler. For nylig beskrev vi et nyt syntetisk rute for at få adgang peptid tertiære amider (pta). PTAs er en superfamilie af peptidefterligninger, der omfatter, men er ikke begrænset til peptider, peptoider og N-methylerede peptider. Med sidekæder på både α-carbon og væsentligste kæde nitrogenatomer,kropsbygning af disse molekyler er stærkt hæmmet af steriske hindring og allylisk 1,3 stamme. (Figur 1) Vores undersøgelse tyder på, at disse PTA molekyler er meget struktureret i opløsning og kan anvendes til at identificere protein-ligander. Vi mener, at disse molekyler kan være en fremtidig kilde af høj affinitet proteinligander. Her beskriver vi den syntetiske metode at kombinere kraften fra både split-og-pool og sub-monomer strategier til at syntetisere en prøve én kugle én-forbindelsen (OBOC) bibliotek af PTAs.
Introduction
Peptidomimetika er forbindelser, der efterligner strukturen af naturlige peptider. De er designet til at bevare bioaktiviteten mens overvinde nogle af de problemer, der er forbundet med naturlige peptider, herunder cellepermeabilitet og stabilitet over for proteolyse 1-3. På grund af den oligomere natur af disse forbindelser, kan store syntetiske biblioteker let tilgås via monomere eller sub-monomere synteseveje 4-7. En af de mest undersøgte klasser af peptidomimetika er peptoider. Peptoider er oligomerer af N-alkylerede glyciner, der kan syntetiseres let ved hjælp af en sub-monomer strategi 8, 9. Mange nyttige proteinligander succes er blevet identificeret fra screening store syntetisk peptoid biblioteker mod protein-targets 1, 10-14. Ikke desto mindre, "hits" identificeret fra peptoid biblioteker sjældent arkivere meget høj affinitet til protein-targets 1,10-14,22. Én major forskellen mellem peptoider og naturlige peptider er, at de fleste af peptoider generelt mangler evnen til at danne sekundær struktur på grund af manglen på chirale centre og konformationelle begrænsninger. For at løse dette problem, blev der flere strategier udviklet i løbet af det sidste årti, hovedsagelig med fokus på ændring af sidekæder indeholdt på de vigtigste kæde nitrogenatomerne 15-22. For nylig har vi udviklet et nyt syntetisk vej til at indføre naturlige aminosyre sidekæder på en peptoid rygrad til at skabe peptid tertiære amider 23.
Peptid tertiære amider (ESP) er en superfamilie af peptidefterligninger, der omfatter, men er ikke begrænset til peptider (R2 = H), peptoider (R1 = H) og N-methylerede peptider (R1 ≠ H, R2 = Me) . (Se figur 1) Vores syntesevej beskæftiger naturligt forekommende aminosyrer som kilde til chiralitet og sidekæder på45,-carbon og kommercielt tilgængelige primære aminer for at give N-substitutioner. Derfor kan udforskes en større kemisk plads end enkle peptider, peptoider eller N-methylerede peptider. Cirkulære dikroisme-spektre har vist, at PTA molekyler er meget struktureret i opløsning. Karakterisering af en af PTA-proteinkomplekser viser klart, at konformationelle begrænsninger PTA er nødvendige for binding. Vi har for nylig også opdaget, at nogle af de PTA molekyler har forbedret cellepermeabilitet end deres peptoid og peptid-modparter. Vi mener, at disse PTA biblioteker kan være en god kilde af høj affinitet ligander til protein-targets. I dette papir vil vi diskutere syntesen af en prøve én kugle én-forbindelsen (OBOC) PTA bibliotek i detaljer sammen med nogle bedre betingelser for kobling og spaltning af disse forbindelser.
Protocol
Representative Results
Discussion
Peptid tertiære amider (ESP) er en superfamilie af peptidomimetiske oligomerer. Udover de velundersøgte peptider, peptoider og N-methylerede peptider, en stor del af forbindelser inden for denne familie er understudied, majorly på grund af manglende syntetisk metode til at få adgang til generelle N-alkylerede peptider. Her beskriver vi en effektiv metode til at syntetisere PTAs med chirale byggesten afledt af aminosyrer. Vi har tidligere rapporteret at bruge et nyt sub-monomer rute til syntese biblioteker af PTA mol…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne vil gerne takke Dr. Jumpei Morimoto og Dr. Todd Doran for værdifuld hjælp. Dette arbejde blev støttet af en kontrakt fra NHLBI (NO1-HV-00242).
Materials
| 2,4,6 trimethylpyridine | ACROS | 161950010 | CAS:108-75-8 |
| 2-morpholinoethanamine | Sigma-Aldrich | 06680 | CAS:2038-03-1 |
| 48% HBr Water solution | ALFA AESAR | AA14036AT | CAS:10035-10-6 |
| Acetaldehyde | Sigma-Aldrich | 402788 | CAS:75-07-0 |
| Acetonitrile | Fisher | SR015AA-19PS | CAS:75-05-8 |
| Anhydrous Tetrahydrofuran (THF) | EMD | EM-TX0277-6 | CAS:109-99-9 |
| Benzylamine | Sigma-Aldrich | 185701 | CAS:100-46-9 |
| bis(trichloromethyl) carbonate (BTC) | ACROS | 258950050 | CAS:32315-10-9 |
| Bromoacetic acid | ACROS | 106570010 | CAS:79-08-3 |
| Chloranil | Sigma-Aldrich | 23290 | CAS:118-75-2 |
| Cyclohexanemethylamine | Sigma-Aldrich | 101842 | CAS:3218-02-8 |
| D2O | Cambridge Isotope | DLM-4-99.8-1000 | CAS:7789-20-0 |
| D-alanine | Anaspec | 61387-100 | CAS:338-69-2 |
| Dichloromethane (DCM) | Fisher | BJ-NS300-20 | CAS:75-09-2 |
| Dimethylformamide (DMF) | Fisher | BJ-076-4 | CAS:68-12-2 |
| Ethylene glycol | Oakwood | 44710 | CAS:107-21-1 |
| Isopentylamine | Sigma-Aldrich | W321907 | CAS:107-85-7 |
| KBr | ACROS | 424070025 | CAS:7758-02-3 |
| L-alanine | Anaspec | 61385-100 | CAS:56-41-7 |
| 3-Methoxypropylamine | Sigma-Aldrich | M25007 | CAS:5332-73-0 |
| 2-Methoxyethylamine | Sigma-Aldrich | 143693 | CAS:109-85-3 |
| N-(3-Aminopropyl)-2-pyrrolidinone | Sigma-Aldrich | 136565 | CAS:7663-77-6 |
| N,N'-Diisopropylcarbodiimide (DIC) | ACROS | 115211000 | CAS:693-13-0 |
| N,N-Diisopropylethylamine (DIPEA) | Sigma-Aldrich | D125806 | CAS:7087-68-5 |
| NaNO2 | ACROS | 424340010 | CAS:7631-99-4 |
| NAOD 40% solution in water | ACROS | 200058-506 | CAS:7732-18-5 |
| Piperidine | ALFA AESAR | A12442-AE | CAS:110-89-4 |
| Piperonylamine | Sigma-Aldrich | P49503 | CAS:2620-50-0 |
| Propylamine | Sigma-Aldrich | 240958 | CAS:107-10-8 |
| Trifluoroacetic acid | Sigma-Aldrich | 299537 | CAS:76-05-1 |
| α-Cyano-4-hydroxycinnamic acid | Sigma-Aldrich | 39468 | CAS:28166-41-8 |
| α-ketoglutarate | ALFA AESAR | AAA10256-22 | CAS:328-50-7 |
| Tentagel Resin with RINK linker | Rapp-Polymere | S30023 | |
| Alanine transaminase | Roche | 10105589001 | AKA: Glutamate-Pyruvate Transaminase (GPT) |
| Incubator | New Brunswick Scientific | Innova44 | |
| NMR | Bruker | 400MHz | |
| MALDI mass spectrometer | Applied Biosystems | 4800 MALDI-TOF/TOF | |
| Lyophilizer | SP Scientific | VirTis benchtop K | |
| Syringe reactor | INTAVIS | Reaction Column | 3ml, 5ml, 10ml, 20ml |
| Vacuum manifold | Promega | A7231 | Vac-Man |
References
- Xiao, X., Yu, P., Lim, H. -. S., Sikder, D., Kodadek, T. Design and Synthesis of a Cell-Permeable Synthetic Transcription Factor Mimic. Journal of Combinatorial Chemistry. 9, 592-600 (2007).
- Miller, S. M., et al. Proteolytic Studies of Homologous Peptide and N-Substituted Glycine Peptoid Oligomers. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 4, 2657-2662 (1994).
- Grauer, A., Konig, B. Peptidomimetics – A Versatile Route to Biologically Active Compounds. European Journal of Organic Chemistry. 30, 5099-5111 (2009).
- Zuckermann, R. N., Kerr, J. M., Kent, S. B. H., Moos, W. H. Efficient method for the preparation of peptoids [oligo(N-substituted glycines)] by submonomer solid-phase synthesis. Journal of the American Chemical Society. 114, 10646-10647 (1992).
- Figliozzi, G. M., Goldsmith, R., Ng, S. C., Banville, S. C., Zuckermann, R. N. Synthesis of N-substituted glycine peptoid libraries. Methods in Enzymology. 267, 437-447 (1996).
- Seebach, D., et al. beta-peptides: Synthesis by Arndt-Eistert homologation with concomitant peptide coupling. Structure determination by NMR and CD spectroscopy and by X-ray crystallography. Helical secondary structure of a beta-hexapeptide in solution and its stability towards pepsin. Helv Chim Acta. 79, 913-941 (1996).
- Lam, K. S., et al. A New Type of Synthetic Peptide Library for Identifying Ligand-Binding Activity. Nature. 354, 82-84 (1991).
- Simon, R. J., et al. Peptoids – a Modular Approach to Drug Discovery. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 89, 9367-9371 (1992).
- Burkoth, T. S., et al. Toward the synthesis of artificial proteins: the discovery of an amphiphilic helical peptoid assembly. Chem Biol. 9, 647-654 (2002).
- Alluri, P. G., Reddy, M. M., Bachhawat-Sikder, K., Olivos, H. J., Kodadek, T. Isolation of protein ligands from large peptoid libraries. Journal of the American Chemical Society. 125, 13995-14004 (2003).
- Lim, H. S., Archer, C. T., Kodadek, T. Identification of a peptoid inhibitor of the proteasome 19S regulatory particle. Journal of the American Chemical Society. 129, 7750-7751 (2007).
- Wrenn, S. J., Weisinger, R. M., Halpin, D. R., Harbury, P. B. Synthetic ligands discovered by in vitro selection. Journal of the American Chemical Society. 129, 13137-13143 (2007).
- Aina, O. H., Marik, J., Liu, R. W., Lau, D. H., Lam, K. S. Identification of novel targeting peptides for human ovarian cancer cells using "one-bead one-compound" combinatorial libraries. Mol Cancer Ther. 4, 806-813 (2005).
- Udugamasooriya, D. G., Dineen, S. P., Brekken, R. A., Kodadek, T. A Peptoid “Antibody Surrogate” That Antagonizes VEGF Receptor 2 Activity. Journal of the American Chemical Society. 130, 5744-5752 (2008).
- Shah, N. H., et al. Oligo( N-aryl glycines): A New Twist on Structured Peptoids. Journal of the American Chemical Society. 130, 16622-16632 (2008).
- Chongsiriwatana, N. P., et al. Peptoids that mimic the structure, function, and mechanism of helical antimicrobial peptides. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105, 2794-2799 (2008).
- Paul, B., et al. N-Naphthyl Peptoid Foldamers Exhibiting Atropisomerism. Organic Letters. 14, 926-929 (2012).
- Crapster, J. A., Guzei, I. A., Blackwell, H. E. A peptoid ribbon secondary structure. Angewandte Chemie. 52, 5079-5084 (2013).
- Gorske, B. C., Stringer, J. R., Bastian, B. L., Fowler, S. A., Blackwell, H. E. New strategies for the design of folded peptoids revealed by a survey of noncovalent interactions in model systems. J Am Chem Soc. 131, 16555-16567 (2009).
- Stringer, J. R., Crapster, J. A., Guzei, I. A., Blackwell, H. E. Extraordinarily robust polyproline type I peptoid helices generated via the incorporation of alpha-chiral aromatic N-1-naphthylethyl side chains. J Am Chem Soc. 133, 15559-15567 (2011).
- Huang, K., et al. A threaded loop conformation adopted by a family of peptoid nonamers. Journal of the American Chemical Society. 128, 1733-1738 (2006).
- Lee, J. H., Kim, H. S., Lim, H. S. Design and Facile Solid-Phase Synthesis of Conformationally Constrained Bicyclic Peptoids. Organic Letters. 13, 5012-5015 (2011).
- Gao, Y., Kodadek, T. Synthesis and Screening of Stereochemically Diverse Combinatorial Libraries of Peptide Tertiary Amides. Chem Biol. 20, 360-369 (2013).
- Urban, J., Vaisar, T., Shen, R., Lee, M. S. Lability of N-alkylated peptides towards TFA cleavage. Int J Pept Protein Res. 47, 182-189 (1996).
- Rzuczek, S. G., Gao, Y., Tang, Z., Thornton, C. A., Kodadek, T., Disney, M. D. Features of Modularly Assembled Compounds That Impart Bioactivity Against an RNA Target. ACS Chemical Biology. 8 (10), 2312-2321 (2013).
- Thern, B., Rudolph, J., Jung, G. Triphosgene as highly efficient reagent for the solid-phase coupling of N-alkylated amino acids—total synthesis of cyclosporin O. Tetrahedron Letters. 43, 5013-5016 (2002).
- Sleebs, M. M., Scanlon, D., Karas, J., Maharani, R., Hughes, A. B. Total Synthesis of the Antifungal Depsipeptide Petriellin A. J Org Chem. 76, 6686-6693 (2011).
- Vaisar, T., Urban, J. Gas-phase fragmentation of protonated mono-N-methylated peptides. Analogy with solution-phase acid-catalyzed hydrolysis. Journal of Mass Spectrometry. 33, 505-524 (1998).
- Creighton, C. J., Romoff, T. T., Bu, J. H., Goodman, M. Mechanistic studies of an unusual amide bond scission. Journal of the American Chemical Society. 121, 6786-6791 (1999).
- Sewald, N., Sewald, N. Efficient, racemization-free peptide coupling of N-alkyl amino acids by using amino acid chlorides generated in situ–total syntheses of the cyclopeptides cyclosporin O and omphalotin A. Angewandte Chemie (International ed. in English). 41, 4661-4663 (2002).
- Astle, J. M., et al. Seamless Bead to Microarray Screening: Rapid Identification of the Highest Affinity Protein Ligands from Large Combinatorial Libraries. Chem Biol. 17, 38-45 (2010).
- Strohalm, M., Kavan, D., Novak, P., Volny, M., Havlicek, V. mMass 3: a cross-platform software environment for precise analysis of mass spectrometric data. Anal Chem. 82, 4648-4651 (2010).
