JoVE Journal > Chemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Declarações
Acknowledgements
Materials
Referências
Tadução automática
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Química

Costruzione di peptidi elicoidale Via foto-indotta del tiolo-ene/yne Hydrothiolation Thioether/vinile solfuro-tethered

Published: August 01, 2018
doi:
10.3791/57356
, , ,
1Key Laboratory of Chemical Genomics, School of Chemical Biology and Biotechnology,Peking University Shenzhen Graduate School

Summary

Vi presentiamo un protocollo per la costruzione di thioether/vinile peptidi elicoidale solfuro-tethered utilizzando foto-indotta del tiolo-ene/tiolo-yne hydrothiolation.

Abstract

Qui, descriviamo un protocollo dettagliato per la preparazione di peptidi thioether-tethered utilizzando su resina intramolecolare/intermolecolare del tiolo-ene hydrothiolation. Inoltre, questo protocollo descrive la preparazione di peptidi vinile-solfuro-tethered utilizzando in soluzione intramolecolare del tiolo-yne hydrothiolation tra aminoacidi che possiedono catene laterali alchenico/alchini e residui di cisteina a i, i + 4 posizioni. Peptidi lineari sono stati sintetizzati utilizzando una sintesi peptidica in fase solida Fmoc-based standard (SPPS). Tiolo-ene hydrothiolation avviene tramite una reazione intramolecolare thio-ene o una reazione intermolecolare thio-ene, a seconda della lunghezza del peptide. In questa ricerca, una reazione intramolecolare thio-ene avviene nel caso dei peptidi più brevi utilizzando su resina deprotezione dei gruppi trityl di residui di cisteina seguendo la sintesi completa del peptide lineare. La resina viene quindi impostata di irradiazione UV utilizzando fotoiniziatore 4-metossiacetofenone (mappa) e 2-hydroxy-1-[4-(2-hydroxyethoxy)-phenyl]-2-methyl-1-propanone (MMP). La reazione intermolecolare del tiolo-ene è effettuata tramite la dissoluzione di Fmoc-Cys-OH in un solvente di N, N– dimetilformammide (DMF). Questo è poi fatto reagire con il peptide utilizzando il residuo di alchenico-cuscinetto in resina. Dopo di che, la macrolactamization avviene mediante Esafluorofosfato di benzotriazolo-1-yl-oxytripyrrolidinophosphonium (PyBop), 1-parola (HoBt) e 4-metilmorpholin-(NMM) come reagenti di attivazione sulla resina. In seguito il macrolactamization, è continuata la sintesi peptidica utilizzando standard SFF. Nel caso la hydrothiolation thio-yne, il peptide lineare è spaccato dalla resina, essiccato e successivamente disciolto in DMF degassato. Questo poi viene irradiato con luce UV fotoiniziatore 2,2-dimetossi-2-phenylacetophenone (DMPA). A seguito della reazione, DMF è evaporata e il residuo grezzo è precipitato e purificati mediante cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC). Questi metodi potrebbero funzionare per semplificare la generazione di peptidi ciclici thioether-legato a causa dell’uso della chimica thio-ene/yne clic che possiede tolleranza superiore gruppo funzionale e buona resa. L’introduzione delle obbligazioni thioether peptidi sfrutta la natura nucleofila di residui di cisteina e redox-inerte rispetto i legami bisolfurico.

Introduction

Lo sviluppo di ligandi per modulare le interazioni proteina-proteina (PPIs) fornisce un approccio attraente per la scoperta di farmaci moderni. Così, una grande quantità di sforzo è stata investita in studiare nuove modalità di chimica che potrebbe efficacemente modulano PPIs1,2,3. PPI consistono generalmente di superfici interagenti poco profonde, grandi e/o fuori produzione, e piccole molecole in genere sono considerati non idonei leganti per la modulazione di PPIs4,5. Con un’adatta interagente superficie esposta, brevi peptidi che imitano le caratteristiche strutturali delle proteine interfacce rappresentano i candidati ideali per affrontare questo problema6,7. Tuttavia, brevi peptidi sono in genere non strutturati in una soluzione acquosa. Questo è dovuto al fatto che le molecole di acqua che sono in concorrenza con la rete di legami idrogeno intramolecolari della spina dorsale del peptide e conformazioni ben definite sono entropically sfavorevoli in acqua8. Inoltre, i peptidi intrinsecamente bassa stabilità e proprietà di permeabilità delle cellule in gran parte limitano il loro uso in applicazioni biologiche9,10. Secondo l’analisi di protein data bank (PDB), > 50% degli IPP coinvolgono breve α-elica interazioni11. Così, sono stati sviluppati diversi metodi chimici per quanto riguarda la stabilizzazione dell’elica. Questi includono disolfuro/thioether bond formazione12,13,14, ciclizzazione metatesi15, lattame anello formazione16, “clic” chimica17, aggiunta di perfluoroarenes18,19e vinile-solfuro formazione20.

Stabilizzato elicoidale peptidi sono ampiamente utilizzati per i vari bersagli intracellulari, tra cui p53, proteine della famiglia di BCL-2 di estrogeno recettori, Ras, e altri21,22,23,24. ALRN-6924, un all-idrocarburo pinzati inibitore doppio del peptide di MDM2 e MDMX, è attualmente utilizzato per indagine clinica25. Negli ultimi anni, il nostro gruppo si è concentrata sullo sviluppo di metodi di stabilizzazione peptide novello utilizzando tiolo-ene e tiolo-yne reazioni26,27,28. In generale, abbiamo dimostrato che queste reazioni foto-avviato sono efficienti in condizioni blande quando naturalmente abbondante cisteina è usata. Inoltre, abbiamo indicato che queste reazioni hanno una tolleranza eccellente gruppo funzionale, sono bio-ortogonali e hanno dimostrate di essere applicabile per le modifiche della proteina e del peptide29. I peptidi di solfuro tethered thioether/vinile risultante in gran parte migliorare lo spazio chimico dei peptidi di vincolo, forniscono un centro di labile il tether modifica e ha dimostrati di essere applicabile per impiego in numerose applicazioni biologiche30 ,31,32. Fin qui, soltanto rapporti limitati sono stati descritti per quanto riguarda la ciclizzazione del tiolo-ene/tiolo-yne peptide. In uno studio pubblicato da Anseth et al. nel 2009, una reazione su resina intramolecolare del tiolo-ene per ciclizzazione del peptide tra alcheni attivati con cisteina è stata dimostrata33. Nel 2015, Chou et al. descritto una reazione del due-componente radicale avviato tiolo-ene per peptide pinzatura34 e una reazione di accoppiamento del tiolo-yne/ene successivi, sequenziale35. Recentemente, abbiamo descritto una serie di lavoro basato su thioether/vinile solfuro tethered peptidi20,26,27. Questo protocollo descrive una sintesi dettagliata dei peptidi solfuro legato suddetto thioether/vinile nella speranza che esso sarà utile per la più ampia comunità di ricerca.

Protocol

1. preparazione del materiale Per l’apparecchio manuale di sintesi del peptide, posizionare un collettore ad aspirazione (Tabella materiali) in una cappa efficiente. Successivamente, inserire rubinetti a tre vie sul collettore sottovuoto e collegarli ad una linea di gas azoto o argon. Chiudere tutti gli ingressi non utilizzati tramite setti in gomma. Collegare le colonne piene di resina (0,8 x 4 cm, serbatoio 10 mL, Vedi Tabella materiali) al collettore utilizzando il…

Representative Results

Gli spettri di HPLC e MS del peptide Ac-YmS5AAAC-NH2 e il suo prodotto ciclizzata Ac – Y-(cyclo-1,5)-[mS5AAAC] – NH2 che sono stati generati usando la fotoreazione su resina intramolecolare del tiolo-ene sono raffigurati in Figura 6B. il peptide ciclico è stato trovato per avere un peso molecolare identico rispetto al suo precursore lineare. Tuttavia, suo tempo di ritenzione HPLC è stato osservato per essere circa…

Discussion

Nella ciclizzazione intramolecolare su resina thio-ene descritti nella Figura 3, la rimozione del gruppo trityl di un residuo di cisteina è stata trovata per essere un passo fondamentale per la successiva fotoreazione. Inoltre, il peso molecolare del peptide prima di e dopo che la reazione è stata trovata per essere identici come raffigurato in Figura 6B. Pertanto, l’uso di un’identificazione di HPLC o un’analisi DTNB è necessaria al fine di monitorare la rea…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Gli autori riconoscono sostegno finanziario dalle sovvenzioni Fondazione di Cina in scienze naturali (n. 21372023, 21778009 e 81701818); il Ministero della scienza e della tecnologia della Repubblica popolare cinese (n. 2015DFA31590); La Shenzhen Comitato scientifico e tecnologico dell’innovazione (No. JCYJ20170412150719814, JCYJ20170412150609690, JCYJ20150403101146313, JCYJ20160301111338144, JCYJ20160331115853521, JSGG20160301095829250 e GJHS20170310093122365); e la Cina post-dottorato Science Foundation (n. 2017 M 610704).

Materials

Rink Amide MBHA resin(0.53 mmol/g) HECHENG GRM50407
Standard Fmoc-protected amino acids GL Biochem (Shanghai) Ltd.
N-Methyl-2-pyrrolidinone Shenzhen endi Biotechnology Co.Ltd. 3230 skin harmful
N,N-Dimethyl formamide Energy B020051 skin harmful
Dichloromethane Energy W330229 skin harmful
N,N-Diisoproylethylamine Aldrich 9578 irritant
Trifluoroacetic acid J&K 101398 corrosive
Triisopropylsilane J&K 973821
1,2-Ethanedithiol J&K 248897 Stench
2-(6-Chloro-1H-benzotriazole-1-yl)-1,1,3,3-tetramethylaminium hexafluorophosphate  GL Biochem (Shanghai) Ltd. 851012
Morpholine Aldrich M109062 irritant
Diethyl ether Aldrich 673811 flammable
Acetonitrile Aldrich 9758 toxicity
Methanol Aldrich 9758 toxicity
2-hydroxy-1-[4-(2-hydroxyethoxy)-phenyl]-2-methyl-1-propanone Energy A050035
4-methoxyacetophenone Energy A050098
2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone Energy D070132
5,5'-Dithiobis-(2-nitrobenzoic acid) J&K 281281
Benzotriazole-1-yl-oxytripyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate Energy E020172
1-Hydroxybenzotriazole Energy D050256
4-Methylmorpholine Energy W320038
High Performance Liquid Chromatography SHIMADZU LC-30AD
Electrospray Ionization Mass SHIMADZU LCMS-8030
Lyophilizer Labconco FreeZone
SpeedVac concentration system Thermo Savant
vacuum manifold promega A7231
three-way stopcocks Bio-Rad 7328107
poly-prep chromatography columns  Bio-Rad 7311550
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referências

  1. Pelay-Gimeno, M., Glas, A., Koch, O., Grossmann, T. N. Structure-based design of inhibitors of protein-protein interactions: mimicking peptide binding epitopes. Angewandte Chemie International Edition. 54 (31), 8896-8927 (2015).
  2. Passioura, T., Katoh, T., Goto, Y., Suga, H. Selection-based discovery of druglike macrocyclic peptides. Annual Review of Biochemistry. 83, 727-752 (2014).
  3. Gonzalez, M. W., Kann, M. G. Protein interactions and disease. PLoS Computational Biology. 8 (12), 1-11 (2012).
  4. Wilson, A. J. Inhibition of protein-protein interactions using designed molecules. Chemical Society Reviews. 38 (12), 3289-3300 (2009).
  5. Teresa, A. F. C., Alessio, C. Cyclic and macrocyclic peptides as chemical tools to recognise protein surfaces and probe protein-protein interactions. ChemMedChem. 11 (8), 787-794 (2016).
  6. Craik, D. J., Fairlie, D. P., Liras, S., Price, D. The future of peptide-based drugs. Chemical Biology & Drug Design. 81 (1), 136-147 (2013).
  7. Cromm, P. M., Spiegel, J., Grossmann, T. N. Hydrocarbon stapled peptides as modulators of biological function. ACS Chemical Biology. 10 (6), 1362-1375 (2015).
  8. Zhang, Q. Z., Tian, Y., Lao, Y. Z., Li, Z. G. Peptides-staple method development and its application in cancer therapy. Current Medicinal Chemistry. 21 (21), 2438-2452 (2014).
  9. Cromm, P. M., Spiegel, J., Grossmann, T. N. Hydrocarbon stapled peptides as modulators of biological function. ACS Chemical Biology. 10 (6), 1362-1375 (2015).
  10. Wang, D., Liao, W., Arora, P. S. Enhanced metabolic stability and protein-binding properties of artificial alpha helices derived from a hydrogen-bond surrogate: application to Bcl-xL. Angewandte Chemie International Edition. 44 (40), 6525-6529 (2005).
  11. Bullock, B. N., Jochim, A. L., Arora, P. S. Assessing helical protein interfaces for inhibitor design. Journal of the American Chemical Society. 133, 14220-14223 (2011).
  12. Jackson, D. Y., King, D. S., Chmielewski, J., Singh, S., Schultz, P. G. General approach to the synthesis of short α-helical peptides. Journal of the American Chemical Society. 113 (24), 9391-9392 (1991).
  13. Timmerman, P., Beld, J., Puijk, W. C., Meloen, R. H. Rapid and quantitative cyclization of multiple peptide loops onto synthetic scaffolds for structural mimicry of protein surfaces. ChemBioChem. 6 (5), 821-824 (2005).
  14. Muppidi, A., Wang, Z., Li, X., Chen, J., Lin, Q. Achieving cell penetration with distance-matching cysteine cross-linkers: a facile route to cell-permeable peptide dual inhibitors of Mdm2/Mdmx. Chemical Communications. 47 (33), 9396-9398 (2011).
  15. Schafmeister, C. E., Po, J., Verdine, G. L. An all-hydrocarbon cross-linking system for enhancing the helicity and metabolic stability of peptides. Journal of the American Chemical Society. 122 (24), 5891-5892 (2000).
  16. Osapay, G., Taylor, J. W. Multicyclic polypeptide model compounds. 1. synthesis of a tricyclic amphiphilic alpha-helical peptide using an oxime resin, segment-condensation approach. Journal of the American Chemical Society. 112 (16), 6046-6051 (1990).
  17. Lau, Y. H., Andrade, d. P., Wu, Y., Spring, D. R. Peptide stapling techniques based on different macrocyclisation chemistries. Chemical Society Reviews. 44 (1), 91-102 (2015).
  18. Spokoyny, A. M., Zou, Y., Ling, J. J., Yu, H., Lin, Y. S., Pentelute, B. L. A perfluoroaryl-cysteine S(N)Ar chemistry approach to unprotected peptide stapling. Journal of the American Chemical Society. 135 (16), 5946-5949 (2013).
  19. Lautrette, G., Touti, F., Lee, H. G., Dai, P., Pentelute, B. L. Nitrogen arylation for macrocyclization of unprotected peptides. Journal of the American Chemical Society. 138 (27), 8340-8343 (2016).
  20. Tian, Y., et al. Stapling of unprotected helical peptides via photoinduced intramolecular thiol-yne hydrothiolation. Chemical Science. 7 (5), 3325-3330 (2016).
  21. Chang, Y. S., et al. Stapled α-helical peptide drug development: a potent dual inhibitor of MDM2 and MDMX for p53-dependent cancer therapy. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (36), 3445-3454 (2013).
  22. Zhao, H., et al. Crosslinked aspartic acids as helix-nucleating templates. Angewandte Chemie International Edition. 55 (39), 12088-12093 (2016).
  23. Leshchiner, E. S., et al. Direct inhibition of oncogenic KRAS by hydrocarbon-stapled SOS1 helices. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (6), 1761-1766 (2015).
  24. Wang, D., Qin, X., Zhao, H., Li, Z. N-cap helix nucleation: methods and their applications. Science China Chemistry. 60 (6), 689-700 (2017).
  25. Zorzi, A., Deyle, K., Heinis, C. Cyclic peptide therapeutics: past, present and future. Current Opinion in Chemical Biology. 38, 24-29 (2017).
  26. Hu, K., et al. An in-tether chiral center modulates the helicity, cell permeability, and target binding affinity of a peptide. Angewandte Chemie International Edition. 55 (28), 8013-8017 (2016).
  27. Lin, H., Jiang, Y., Zhang, Q., Hu, K., Li, Z. An in-tether sulfilimine chiral center induces helicity in short peptides. Chemical Communications. 52 (68), 10389-10391 (2016).
  28. Zhao, B., Zhang, Q., Li, Z. Constructing thioether-tethered cyclic peptides via on-resin intra-molecular thiol-ene reaction. Journal of Peptide Science. 22 (8), 540-544 (2016).
  29. Dondoni, A., Massi, A., Nanni, P., Roda, A. A new ligation strategy for peptide and protein glycosylation: photoinduced thiol-ene coupling. Química. 15 (43), 11444-11449 (2009).
  30. Hu, K., Sun, C., Li, Z. Reversible and versatile on-tether modification of chiral-center-induced helical peptides. Bioconjugate Chemistry. 28 (7), 2001-2007 (2017).
  31. Shi, X., Jiang, Y., Yang, D., Zhao, H., Tian, Y., Li, Z. Reversibly switching the conformation of short peptide through in-tether chiral sulfonium auxiliary. Chinese Chemical Letters. , (2017).
  32. Jiang, Y., et al. Switching substitution groups on the in-tether chiral centre influences backbone peptides’ permeability and target binding affinity. Organic & Biomolecular Chemistry. 15 (3), 541-544 (2017).
  33. Aimetti, A. A., Shoemaker, R. K., Lin, C. C., Anseth, K. S. On-resin peptide macrocyclization using thiol-ene click chemistry. Chemical Communications. 46 (23), 4061-4063 (2010).
  34. Wang, Y. X., Chou, D. H. C. A thiol-ene coupling approach to native peptide stapling and macrocyclization. Angewandte Chemie International Edition. 54 (37), 10931-10934 (2015).
  35. Wang, Y., et al. Application of thiol-yne/thiol-ene reactions for peptide and protein macrocyclizations. Química. 23 (29), 7087-7092 (2017).
  36. Patgiri, A., Menzenski, M. Z., Mahon, A. B., Arora, P. S. Solid-phase synthesis of short α-helices stabilized by the hydrogen bond surrogate approach. Nature Protocols. 5 (11), 1857-1865 (2010).
  37. Ozyurek, M., Baki, S., Gungor, N., Celik, S. E., Guclu, K., Apak, R. Determination of biothiols by a novel on-line HPLC-DTNB assay with post-column detection. Analytica Chimica Acta. 750, 173-181 (2012).
  38. Zhang, Q. Z., et al. Chiral sulfoxide-induced single turn peptide α-helicity. Scientific Reports. 6, 38573 (2016).
  39. Lin, H., et al. An in-tether sulfilimine chiral center induces beta-turn conformation in short peptides. Organic & Biomolecular Chemistry. 14 (42), 9993-9999 (2016).
  40. Hu, K., Li, W., Yu, M., Sun, C., Li, Z. Investigation of cellular uptakes of the in-tether chiral-center-induced helical pentapeptides. Bioconjugate Chemistry. 27 (12), 2824-2827 (2016).
  41. Hu, K., et al. A precisely positioned chiral center in an i, i + 7 tether modulates the helicity of the backbone peptide. Chemical Communications. 53 (50), 6728-6731 (2017).
  42. Li, J., et al. An in-tether chiral center modulates the proapoptotic activity of the KLA peptide. Chemical Communications. 53 (75), 10452-10455 (2017).
  43. Zhao, B., et al. A thioether-stabilized-D-proline-L-proline-induced β-hairpin peptide of defensin segment increases its anti-Candida albicans ability. ChemBioChem. 17 (15), 1416-1420 (2016).
  44. Tian, Y., Yang, D., Ye, X., Li, Z. Thioether-derived macrocycle for peptide secondary structure fixation. The Chemical Record. 17 (9), 874-885 (2017).
  45. Hu, K., Yin, F., Yu, M., Sun, C., Li, J., Liang, Y., Li, W., Xie, M., Lao, Y., Liang, W., Li, Z. G. In-tether chiral center induced helical peptide modulators target p53-MDM2/MDMX and inhibit tumor growth in stem-like cancer cell. Theranostics. 7 (18), 4566-4576 (2017).
  46. Tian, Y., Jiang, Y., Li, J., Wang, D., Zhao, H., Li, Z. Effect of stapling architecture on physiochemical properties and cell permeability of stapled α-helical peptides: a comparative study. ChemBioChem. 18 (21), 2087-2093 (2017).

Tags

ThioetherVinyl SulfideHelical PeptidesPhoto-induced Thiol-ene/yne Hydro-thiolationRink Amide MBHA ResinFmoc DeprotectionHCTUDIPEATrityl DeprotectionSolid-phase Peptide Synthesis
check_url/pt/57356?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artigo
Shi, X., Liu, Y., Zhao, R., Li, Z. Constructing Thioether/Vinyl Sulfide-tethered Helical Peptides Via Photo-induced Thiol-ene/yne Hydrothiolation. J. Vis. Exp. (138), e57356, doi:10.3791/57356 (2018).
Baixar citação
Reimpressões e Permissões

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image