שינויו Functionalization של קבוצת guanidine ידי מבשרי תפורות
Summary
פרוטוקול לסינתזה של guanidines-modified אלקיל מבוסס על השימוש המבשר המתאימים הוצג.
Abstract
קבוצת guanidine היא אחת קבוצות pharmacophoric החשובות ביותר כימיה רפואית. חומצת האמינו רק נושאת קבוצת guanidine הוא ארגינין. במאמר זה, שיטה קלה השינוי של קבוצת guanidine ב הליגנדים peptidic מסופקת, עם דוגמא של הליגנדים integrin מחייב RGD. זה הודגם לאחרונה כי השינוי המובהק של קבוצת guanidine ב הליגנדים אלה מאפשר אפנון סלקטיבית של תת (למשל, בין תתי הסוגים αv ו α5). יתר על כן, אסטרטגיה ידועה בעבר עבור functionalization דרך קבוצת guanidine הודגמה, ואת הגישה הסינטתית נסקרה במסמך זה. השינויים המתוארים כאן לערב סופני (ω N) קבוצות guanidine alkylated ו acetylated. לסינתזה, מולקולות מבשרות תפורים מסונתזות, אשר לאחר מכן חשופים תגובה עם אמין deprotected orthogonally להעביר את הקדםקבוצת guanidine -modified. לסינתזה של guanidines alkylated, מבשרי מבוסס על N, H -pyrazole-1-carboxamidine -DI-בוק-1 'N משמשים לסנתז תרכובות acylated, מבשר הבחירה להיות נגזרת acylated בהתאמה של N -Boc- S – methylisothiourea, אשר ניתן להשיג ב תגובות אחד ושני צעד.
Introduction
בין קבוצות pharmacophoric בשכיחותו הליגנדים טבעיים היא קבוצת guanidine, אשר מעורבים באינטראקציות מרובות 1, 2. לדוגמא, היא משמשת תורם מממן פי ארבעה פוטנציאל באינטראקציות אג"ח מימן מעורב אינטראקציות אלקטרוסטטיות, כגון גשרי מלח או אינטראקציות π קטיון. בשנת כימיה רפואית, בקבוצה זו נמצאת לעתים קרובות סמים לתרופות 4, למרות שפעמים רבות מאוד כמו mimetics guanidine 5, 6. הסיבה לפיתוח mimetics guanidine היא הסרה של הקבוצה guanidine בכל מקום, בעלי מטען חשמלי חיובי, כמו גם את ההתאמה של lipophilicity של ליגנד. בשנת הליגנדים peptidic, חומצת אמינו הקבוצה המכילה guanidine היחידה היא ארגינין, אשר על כן מופיעה בדרך כלל באזור ביו של הליגנדים peptidic.
יחסי ציבור מאודלדוגמה ominent עבור משפחה ליגנד-המכיל ארגינין היא תת-המשפחה של integrins מחייב RGD. באופן כללי, integrins הם מחלקה של קולטנים הידבקות התא, אשר להשתלט הפונקציות החשובות בכל אורגניזמים גבוה. חלק מהפעולות הללו כרוכים הידבקות התא, הגירה, והישרדות התא. לפיכך, הם מעורבים גם באינדיקציות פתולוגיים, כגון סרטן סיסטיק. Integrins הם חלבונים heterodimeric transmembrane המורכבת α- ו β-למקטע היוצרות 24 תת integrin ידוע כיום; 8 מהם מכירים את רצף tripeptide Arg-גלאי-ASP (= RGD) ב הליגנדים שלהם 7. האזור מחייב ממוקם במפגש בין שני תתי סוגים אלה בחלק התאי, קבוצת ראש integrin שנקראה 8. RGD מוכרת על ידי שתי אינטראקציות נפוצות: באזור מתכת-יון-תלות באתר הדבקה (מידאס), הנמצא למקטע בטא ואשר נקשר החומצה קרבוקסילית של הליגנדים (Cha לוואיב של ASP); וקבוצת guanidine של הליגנדים, הנמצאת למקטע אלפא. רוב תת integrin הם מופקרים ולשתף לפחות חלק מטריקס הטבעי שלהם (ECM) הליגנדים 9. לפיכך, לפיתוח הליגנדים integrin מלאכותיים, המוקד העיקרי הוא, מלבד זיקה מחייבת גבוהה, את הסלקטיביות תת. לאחרונה, הצלחנו לחשוף מרכיב מפתח עבור הדור של הליגנדים-סלקטיבית תת: קבוצת guanidine. באמצעות שינויים ברורים, הליגנדים biselective עבור αv- ו α5 המכילים תת integrin ניתן להפוך תרכובות סלקטיבית על ידי שינויים פשוטים על הקבוצה guanidine, אשר לאחר מכן ניתן להפלות את 10 α-יחידות משנה שונות.
בכיס αv, קבוצת guanidine אינטראקצית צד-על באמצעות גשר מלח bidentate עם Asp218 11, 12. ג אינטראקציה זולהיות גם ציין α5β1 (כאן, עם Asp227 ב α5), אך בנוסף, קץ-על האינטראקציה של הקבוצה guanidine עם שאריות GLN (Gln221) הוא ציין שיש 13. לפיכך, שינינו את קבוצת guanidine בשני אופנים מנוגדים: במקרה אחד, על ידי חסימת הצד-על אינטראקציה עם מתילציה של δ N של קבוצת guanidine, ובמקרה השני, עם מתילציה של ω N guanidine, חסימת האינטראקציה סוף-על. באופן מפתיע, שינוי קטן זה הוביל לשינוי סלקטיביות מוחלט של הליגנדים. בנוסף אלקילציה, שיטת functionalization חדשה הוצגה בפרסום זה. שיטת functionalization הקלסית לסוג זה של ליגנד pentapeptidic היא דרך נטיית שרשרת הצד של חומצת אמינו לא מעורבת מחייב (למשל, K ב ג (RGDfK)) 14, 15. כאן,אנו מראים כי functionalization הוא גם אפשרי על ידי שינוי guanidine – שהוא חיוני עבור מחייב – עם acyl או מקשר alkylated. המטען החיובי כי הוא חיוני מחייב נשמר, ומודלים מראים כי נקודות השרשרת הארוכות מכייס המחייב, ובכך מתן אפשרות אידיאלית עבור הקובץ המצורף של linkers נוסף תיוג יחידות (למשל, תווית פלורסנט או chelator עבור מולקולרי הַדמָיָה).
בעבודה זו, אנו מתרכזים בצעדי ההכנה עבור השינוי של קבוצת guanidine ב הליגנדים המכיל ארגינין. זה כרוך הסינתזה של מיני -methylated ω N, כמו גם guanidines עם יחידות ומקשרות יותר. השינויים השונים מהווים קבוצות acyl ו אלקיל.
Protocol
Representative Results
Discussion
מפלסת הדרך guanidinylation הינה נגזרת פפטיד מחזורית orthogonally deprotected, (ג (OrnD (OT Bu) GF (N Me) V)), אשר מסונתז על ידי פרוטוקול Fmoc רמת סינתזה פפטיד מוצק שלב (SPPS). Ornithin שימש הנגזר מוגן orthogonally, (Fmoc-Orn (DDE) -OH), אשר ניתן deprotected עם הידרזין ב DMF לאחר cyclization של הפיגום פפטיד. מבשר פפטיד מטוה…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
TGK מודה והמדרשה הבינלאומית למדע והנדסה (IGGSE) של מינכן Technische Universität עבור התמיכה הכספית שלהם. HK מודה המרכז חלבון משולב המדע במינכן (CIPSM) על תמיכתם.
Materials
| N,N′-Di-Boc-1H-pyrazole-1-carboxamidine, 98% | Sigma Aldrich | 434167 ALDRICH | |
| Triphenylphosphine, 99% | Sigma Aldrich | T84409 SIGMA-ALDRICH | |
| Tetrahydrofuran, >99.5% | Carl Roth | 4745 | |
| Tetrahydrofuran anhydrous, 99.8% | Carl Roth | 5182 | |
| Methanol anhydrous, 99.8% | Sigma Aldrich | 322415 SIGMA-ALDRICH | |
| Diisopropyl azodicarboxylate, 98% | Sigma Aldrich | 225541 ALDRICH | |
| Dichlormethan, for synthesis, 99.5% | Carl Roth | 8424 | |
| Silica gel for flash chromtaography | Sigma Aldrich | 60738 SIGMA-ALDRICH | |
| n-Pentane, 99% | Carl Roth | 8720 | |
| n-Hexane, 99% | Carl Roth | CP47 | |
| Ethylacetate, 99.5% | Carl Roth | 7338 | |
| Aminohexanol, 95% | Sigma Aldrich | A56353 ALDRICH | |
| S-Methylisothiourea hemisulfate, 98% | Sigma Aldrich | M84445 ALDRICH | |
| Di-tert-butyl dicarbonate, 99% | Sigma Aldrich | 205249 ALDRICH | |
| N,N-Dimethylformamid, 99.8% | Carl Roth | A529 | |
| N,N-Diisopropylethylamin, 99.5% | Carl Roth | 2474 | |
| Acetic anhydrid, 99% | Carl Roth | 4483 | |
| Chlortrityl resin | Carbolution | CC11006 | |
| Fmoc-Gly-OH, 98% | Carbolution | CC05014 | |
| Piperidin, 99% | Sigma Aldrich | 104094 SIGMA-ALDRICH | |
| Fmoc-Orn(Dde)-OH | Iris-Biotech | FAA1502 | |
| HATU, 99% | Carbolution | CC01011 | |
| HOAt, 99% | Carbolution | CC01004 | |
| Fmoc-Val-OH | Carbolution | CC05028 | |
| 2-Nitrobenzenesulfonyl chloride, 97% | Sigma Aldrich | N11507 ALDRICH | |
| 2,4,6-Collidine, 99% | Sigma Aldrich | 27690 SIGMA-ALDRICH | |
| Mercaptoethanol, 99% | Sigma Aldrich | M6250 ALDRICH | |
| Diazabicycloundecen, 98% | Sigma Aldrich | 139009 ALDRICH | |
| Fmoc-D-Phe-OH, 98% | Sigma Aldrich | 47378 ALDRICH | |
| Fmoc-Asp(OtBu)-OH, 98% | Carbolution | CC05008 | |
| Hexafluoroisopropanol | Carbolution | CC03056 | |
| Diphenylphosphoryl azide, 97% | Sigma Aldrich | 178756 ALDRICH | |
| TFA, 99.9% | Carl Roth | P088 | |
| Triisopropylsilan, 98% | Sigma Aldrich | 233781 ALDRICH | |
| Acetonitrile, HPLC grade | Carl Roth | HN44 |
References
- Saczewski, F., Balewski, L. Biological activities of guanidine compounds. Exp. Opin. Ther. Patents. 19 (10), 1417-1448 (2009).
- Saczewski, F., Balewski, L. Biological activities of guanidine compounds, 2008-2012 update. Exp. Opin. Ther. Patents. 23 (8), 965-995 (2013).
- Wirth, T. H., Davidson, N. Mercury (II) Comlexes of Guanidine and Ammonia, and a general discussion of the Complexing of Mercury (II) by Nitrogen Bases. J. Am. Chem. Soc. 86 (20), 4325-4329 (1964).
- Berlinck, R. G., Burtoloso, A. C., Kossuga, M. H. The chemistry and biology of organic guanidine derivatives. Nat. Prod. Rep. 25, 919-954 (2008).
- Peterlin-Mašič, L., Kikelj, D. Arginine mimetics. Tetrahedron. 57 (33), 7073-7105 (2001).
- Peterlin-Mašič, L. Arginine mimetic structures in biologically active antagonists and inhibitors. Curr. Med. Chem. 13 (30), 3627-3648 (2006).
- Hynes, R. O. Integrins: bidirectional, allosteric signaling machines. Cell. 110 (6), 673-687 (2002).
- Liddington, R. C. Structural aspects of integrins. Adv. Exp. Med. Biol. 819, 111-126 (2014).
- Plow, E. F., Haas, T. A., Zhang, L., Loftusi, J., Smith, J. W. Ligand binding to integrins. J. Biol. Chem. 275 (29), 21785-21788 (2000).
- Kapp, T. G., Fottner, M., Maltsev, O. V., Kessler, H. Small cause, great impact – modification of guanidine group in RGD controls subtype selectivity. Angew. Chem. Int. Ed. 55, 1540-1543 (2016).
- Xiong, J. P., et al. Crystal structure of the extracellular segment of integrin alpha Vbeta3. Science. 294, 339-345 (2001).
- Xiong, J. P., et al. Crystal structure of the extracellular segment of integrin alpha Vbeta3 in complex with an Arg-Gly-Asp ligand. Science. 296 (5565), 151-155 (2002).
- Nagae, M., et al. Crystal structure of α5β1 integrin ectodomain: atomic details of the fibronectin receptor. J. Cell Biol. 197 (1), 131-140 (2012).
- Hersel, U., Dahmen, C., Kessler, H. RGD modified polymers: biomaterials for stimulated cell adhesion and beyond. Biomaterials. 24 (24), 4385-4415 (2003).
- Auernheimer, J., Dahmen, C., Hersel, U., Bausch, A., Kessler, H. Photoswitched Cell Adhesion on Surfaces with RGD Peptides. J. Am. Chem. Soc. 127 (46), 16107-16110 (2005).
- Corradini, D., Eksteen, E., Eksteen, R., Schoenmakers, P., Miller, N. . Handbook of HPLC. , (2011).
- de Hoffmann, E., Stroobant, V. . Mass Spectrometry: Principles and Applications. , (2007).
- Frank, A. O., et al. Conformational Control of Integrin-Subtype Selectivity in isoDGR Peptide Motifs: A Biological Switch. Angew. Chem. Int. Ed. 49 (48), 9278-9281 (2010).
- Rossiter, S., et al. Selective substrate-based inhibitors of mammalian dimethylarginine dimethylaminohydrolase. J. Med. Chem. 48 (14), 4670-4678 (2005).
- Weiss, S., Keller, M., Bernhardt, G., Buschauer, A., König, B. N(G)-Acyl-argininamides as NPY Y(1) receptor antagonists: Influence of structurally diverse acyl substituents on stability and affinity. Bioorg. Med. Chem. 18 (17), 6292-6304 (2010).
- Hammerschmidt, F., Kvaternik, H., Schweifer, A., Mereiter, K., Aigner, R. M. Improved Synthesis of No-Carrier-Added [*I]MIBG and Its Precursor. Synthesis. 44 (21), 3387-3391 (2012).
