Split-och-pool Syntes och karakterisering av peptid tertiär amid Library
Summary
Peptid tertiära amider (pesetas) är en superfamilj av peptidomimetika som inkluderar men är inte begränsade till peptider, peptoider och N-metylerade peptider. Här beskriver vi en syntetisk metod som kombinerar både split-och-pool och strategier sub-monomera att syntetisera en en-pärla en substansbibliotek av trafikhuvudmän.
Abstract
Peptidhärmare är bra källor till protein-ligander. Den oligomera karaktären av dessa föreningar gör att vi kan få tillgång till stora syntetiska bibliotek på fast fas med hjälp av kombinatorisk kemi. En av de mest studerade klasser av peptidomimetiska är peptoids. Peptoider är lätta att syntetisera och har visat sig vara proteolys beständigt och cell-permeabel. Under det senaste decenniet har många användbara proteinligander identifierats genom screening av peptoid bibliotek. Men de flesta av de ligander som identifierats från peptoid bibliotek visar inte hög affinitet, med få undantag. Detta kan bero delvis på bristen på kirala centra och konforma begränsningar i peptoid molekyler. Nyligen beskrev vi en ny syntetisk väg att komma peptid tertiära amider (pesetas). Trafikhuvudmän är en superfamilj av peptidomimetika som inkluderar men är inte begränsade till peptider, peptoider och N-metylerade peptider. Med sidokedjor på både α-kol och huvudkedjan kväveatomer,konforma av dessa molekyler är kraftigt begränsade av steriska hinder och allyliska 1,3 stammen. (Figur 1) Vår studie tyder på att dessa PTA molekyler mycket strukturerad i lösning och kan användas för att identifiera proteinligander. Vi tror att dessa molekyler kan vara en framtida källa av hög affinitet proteinligander. Här beskriver vi den syntetiska metoden som kombinerar kraften i både split-och-pool och strategier sub-monomera att syntetisera ett prov en pärla en förening (OBOC) bibliotek med trafikhuvudmän.
Introduction
Peptidhärmande är föreningar, som efterliknar strukturen av naturliga peptider. De är utformade för att bevara bioaktiviteten samtidigt övervinna några av de problem som är förknippade med naturliga peptider, inklusive cell permeabilitet och stabilitet mot proteolys 1-3. På grund av den oligomera karaktären hos dessa föreningar kan stora syntetiska bibliotek lätt nås genom monomera eller sub-monomera syntesvägar 4-7. En av de mest studerade klasserna av peptidomimetiska är peptoids. Peptoider är oligomerer av N-alkylerade glyciner som kan syntetiseras enkelt med hjälp av en sub-monomer strategi 8, 9. Många användbara proteinligander har framgångsrikt identifierat från screening stora syntetiska peptoid bibliotek mot protein mål 1, 10-14. Ändå "träffar" som identifierats från peptoid bibliotek arkivera sällan mycket hög affinitet mot proteinmål 1,10-14,22. En major skillnaden mellan peptoider och naturliga peptider är att de flesta av peptoider allmänhet saknar förmågan att bilda sekundärstruktur på grund av avsaknaden av kirala centra och konformationsbegränsningar. För att lösa detta problem, har flera strategier som utvecklats under de senaste tio åren, till stor del fokuserar på ändring av sidokedjor som finns på de viktigaste kedja kväveatomer 15-22. Nyligen har vi utvecklat en ny syntetisk väg att införa naturliga aminosyrasidokedjor på en peptoid ryggrad att skapa peptid tertiära amider 23.
Peptid tertiära amider (pesetas) är en superfamilj av peptidhärmande molekyler som inkluderar men inte är begränsade till peptider (R 2 = H), peptoider (R 1 = H) och N-metylerade peptider (R 1 ≠ H, R2 = Me) . (Se figur 1) Vårt syntesväg sysselsätter naturligt förekommande aminosyror som källa för chiralitet och sidokedjorna på45;-kol, och kommersiellt tillgängliga primära aminerna för att ge N-substitutioner. Därför kan en större kemisk utrymme än för enkla peptider, peptoids eller N-metylerade peptider utforskas. Cirkulär dikroism spektra har visat att PTA molekyler är mycket strukturerad i lösning. Karakterisering av en av de PTA-proteinkomplex visar tydligt att de konformationsbegränsningar för tereftalsyra krävs för bindning. Nyligen har vi också upptäckt att vissa av PTA molekyler har förbättrat cellerpermeabilitet än sina peptoid och peptid motsvarigheter. Vi tror att dessa PTA bibliotek kan vara en bra källa till hög-affinitetsligander för protein mål. I denna uppsats kommer vi att diskutera syntesen av ett prov en pärla en förening (OBOC) PTA biblioteket i detaljer tillsammans med några förbättrade förutsättningar för koppling och klyvning av dessa föreningar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Peptid tertiära amider (pesetas) är en superfamilj av peptidomimetiska oligomerer. Förutom de väl studerade peptider, peptoider och N-metylerade peptider, förblir en stor del av föreningarna inom denna familj understudied, majorly grund av brist på syntetisk metod för att komma allmänna N-alkylerade peptider. Här beskriver vi en effektiv metod för att syntetisera trafikhuvudmän med kirala byggstenar härledda från aminosyror. Tidigare har vi rapporterat att använda en ny sub-monomer väg till syntes biblio…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill tacka Dr Jumpei Morimoto och Dr Todd Doran för värdefull hjälp. Detta arbete stöddes av ett avtal från 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).
