Summary

La modifica e funzionalizzazione del gruppo Guanidine da precursori su misura

Published: April 27, 2017
doi:

Summary

Un protocollo per la sintesi di guanidine alchil-modificato basate sull'uso dei precursori corrispondenti è presentato.

Abstract

Il gruppo guanidina è uno dei più importanti gruppi farmacoforici in chimica farmaceutica. L'unico aminoacido che trasporta un gruppo di guanidina è arginina. In questo articolo, un metodo semplice per la modifica del gruppo guanidinico di ligandi peptidici è fornita, con un esempio di ligandi delle integrine RGD vincolante. È stato recentemente dimostrato che la modifica distinta del gruppo guanidinico in questi ligandi consente la modulazione selettiva del sottotipo (ad esempio, tra i sottotipi αv e α5). Inoltre, è stata dimostrata una strategia precedentemente sconosciuta per la funzionalizzazione attraverso il gruppo guanidinico, e l'approccio sintetico è rivisto in questo documento. Le modifiche qui descritti comportano terminale (N ω) gruppi guanidina alchilati e acetilati. Per la sintesi, molecole precursori misura sono sintetizzati, che vengono quindi sottoposto ad una reazione con un'ammina ortogonalmente deprotetto per trasferire il pregruppo guanidina -Modified. Per la sintesi di guanidine alchilati, precursori basati su N, N '-di-Boc-1H-pirazolo-1-carboxamidine vengono utilizzati per sintetizzare composti acilati, il precursore di scelta essendo un derivato acilato di corrispondentemente N -Boc- S – metilisotiourea, che può essere ottenuto in reazioni di una o due fasi.

Introduction

Tra i più abbondanti gruppi farmacoforici a ligandi naturali è il gruppo guanidinico, che è coinvolto in molteplici interazioni 1, 2. Ad esempio, serve come un potenziale quadruplice donatore di idrogeno nelle interazioni legami idrogeno e si occupa di interazioni elettrostatiche, come ponti salini o interazioni catione-π. In chimica farmaceutica, questo gruppo si trova spesso in droghe e farmaci candidati 4, anche se molto spesso mimetici guanidina 5, 6. La ragione per lo sviluppo di mimetici guanidina è la rimozione del gruppo guanidinico caricato positivamente onnipresente, nonché la regolazione della lipofilia del ligando. In ligandi peptidici, l'unico aminoacido contenente gruppi guanidina è arginina, che è quindi spesso trovato nella regione bioattiva di ligandi peptidici.

Un prEsempio ominent per una famiglia ligando arginina contenente la sottofamiglia delle integrine RGD vincolanti. In generale, le integrine sono una classe di recettori di adesione cellulare che riprendono funzioni importanti in tutti gli organismi superiori. Alcune di queste funzioni implicano l'adesione cellulare, la migrazione e la sopravvivenza cellulare. Pertanto, esse sono anche coinvolti in indicazioni patologiche, come il cancro e la fibrosi. Le integrine sono proteine ​​transmembrana eterodimeriche costituiti da un α- e β-subunità che formano 24 attualmente noti sottotipi integrine; 8 di loro riconoscono la sequenza tripeptide Arg-Gly-Asp (RGD =) nei loro ligandi 7. La regione di legame è situato in corrispondenza dell'interfaccia tra questi due sottotipi nella parte extracellulare, il cosiddetto gruppo testa integrina 8. RGD è riconosciuto da due interazioni comuni: regione sito adesione metallo-ione-dipendente (MIDAS), che si trova nella subunità beta e che lega l'acido carbossilico nei leganti (cha lateraliin di Asp); ed il gruppo guanidinico nei ligandi, che si trova nella subunità alfa. La maggior parte dei sottotipi integrine sono promiscui e condividere almeno una parte del loro naturale matrice extracellulare (ECM) ligandi 9. Così, per lo sviluppo di ligandi delle integrine artificiali, l'obiettivo principale è, oltre ad una elevata affinità di legame, la selettività sottotipo. Recentemente, siamo stati in grado di svelare un elemento chiave per la generazione di ligandi selettivi del sottotipo: il gruppo guanidinico. Attraverso modifiche distinte, ligandi biselective per la αv- e α5 contenenti i sottotipi di integrina possono essere trasformati in composti selettivi per semplici modifiche sul gruppo guanidinico, che può discriminare la diversa α-subunità 10.

Nella tasca del αv, il gruppo guanidinico interagisce side-on tramite un ponte salino bidentato con Asp218 11, 12. Questa interazione cun anche essere osservata in α5β1 (qui, con Asp227 in α5), ma in aggiunta, un fine-on interazione del gruppo guanidinico con un residuo Gln (Gln221) si osserva lì 13. Così, abbiamo modificato il gruppo guanidinico in due modi opposti: in un caso, bloccando il lato-sull'interazione con la metilazione del δ N del gruppo guanidinico, e nell'altro caso, con la metilazione del ω guanidina N, bloccando l'interazione dall'estremità. Sorprendentemente, questa piccola modifica ha portato ad uno spostamento completo selettività nei ligandi. Oltre alla alchilazione, un nuovo metodo di funzionalizzazione è stato introdotto in questa pubblicazione. Il metodo classico funzionalizzazione per questo tipo di legante pentapeptidic è attraverso la coniugazione catena laterale di un amminoacido non coinvolti nel legame (ad esempio, K c (RGDfK)) 14, 15. Qui,mostriamo che funzionalizzazione è possibile modificando la guanidina – che è cruciale per il legame – con un acile o linker alchilati. La carica positiva che è essenziale per il legame viene mantenuto e modelli suggeriscono che i punti catena lunga fuori della tasca di legame, fornendo così una possibilità ideale per il fissaggio di ulteriori linker e unità etichettatura (ad esempio, un marcatore fluorescente o un chelante per molecolare di imaging).

In questo lavoro, ci concentriamo sui gradini di preparazione per la modifica del gruppo guanidinico in ligandi arginina contenenti. Ciò comporta la sintesi di specie -methylated N ω, nonché guanidine con unità linker più lunghi. Le varie modifiche comprendono acile e gruppi alchilici.

Protocol

Nota: Tutti i reagenti e solventi sono stati ottenuti da fornitori commerciali e sono stati utilizzati senza ulteriore purificazione. Attenzione: Si prega di consultare tutte le schede di sicurezza pertinenti (MSDS) prima dell'uso. Utilizzare tutti i dispositivi di sicurezza appropriata quando si esegue sintesi chimiche (ad esempio, cappa aspirante, occhiali, guanti, camici, pantaloni full-length, e scarpe chiuse). 1. Sintesi dei precursori Guanidinylation </p…

Representative Results

Il peptide precursore ciclico è stato sintetizzato come peptide lineare, ciclizzato e ortogonalmente Dde-deprotetto. Dopo la precipitazione, la purezza del composto è stato analizzato con HPLC-MS (Figura 1). Per monitorare l'avanzamento della reazione, l'analisi HPLC è stata eseguita dopo il tempo di reazione di 2 ore (Figura 2). Per i residui più grandi sul gruppo guanidinico, il …

Discussion

Il precursore per guanidinylation è un ortogonalmente deprotetto derivato peptide ciclico, (c (OrnD (Ot Bu) Gf (N Me) V)), che è sintetizzato da un protocollo Fmoc standard sintesi peptidica in fase solida (SPSS). Ornitina è stato utilizzato come derivato ortogonalmente protetto, (Fmoc-Orn (Dde) -OH), che può essere deprotetto con idrazina in DMF dopo la ciclizzazione del peptide ponteggio. Il precursore peptide viene purificato mediante precipitazione del composto e dalla successiva liofi…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

TGK riconosce la Scuola Internazionale di Dottorato in Scienza e Ingegneria (IGGSE) della Technische Universität München per il loro sostegno finanziario. HK riconosce il Centro per la Proteina Integrated Science Monaco di Baviera (CIPSM) per il loro sostegno.

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

Riferimenti

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Citazione di questo articolo
Kapp, T. G., Fottner, M., Kessler, H. Modification and Functionalization of the Guanidine Group by Tailor-made Precursors. J. Vis. Exp. (122), e54873, doi:10.3791/54873 (2017).

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