Синтез и характеристика 1,2-Dithiolane изменение самостоятельной сборки пептиды
Summary
Протокол для синтеза 1,2-dithiolane изменение пептида и характеристика супрамолекулярные структуры пептида в результате самостоятельной сборки.
Abstract
Этот доклад фокусируется на синтез N-конечная 1,2-dithiolane изменение самостоятельной сборки пептида и характеристика в результате самостоятельного собрал супрамолекулярные структуры. Синтетические маршрут использует твердофазный пептидного синтеза с муфтой на смолы dithiolane прекурсоров молекулы, 3-(acetylthio) -2-(acetylthiomethyl) Пропионовая кислота и при содействии микроволновой thioacetate deprotection пептида N-конечная остановка перед окончательной расщепления из смолы приносить 1,2-dithiolane изменение пептид. После очистки высокой производительности жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) 1,2-dithiolane пептид, производные от затравок ядро пептид значения, связанные с болезнью Альцгеймера пептид показано самостоятельно собрать кросс β волокон амилоида. Представлены протоколы характеризовать волокон амилоида Фурье ИК-спектроскопии (FT-IR), циркуляр дихроизма спектроскопии (CD) и просвечивающей электронной микроскопии (ТЕА). Методы изменения N-терминала с 1,2-dithiolane группу хорошо изученных самостоятельной сборки пептиды теперь могут быть изучены как модель системы для разработки стратегий пост Ассамблеи модификации и изучения динамических ковалентных химии на супрамолекулярная пептид нановолокно поверхности.
Introduction
Надежные пептид Бонд, образуя химии участвует в пептидной Твердофазный синтез и способность контролировать длину последовательности и сделать пептидов, которые самостоятельно собрать в супрамолекулярные структуры сильно исследуемой области. Факторы, которые контролируют и стабилизировать пептид собственн-собранные структур, включая боковой цепи их пространственной и электростатических взаимодействий, спекание водородом и гидрофобных эффекты1, служить набор правил проектирования. Исследования в этих фундаментальных Дизайн правила продолжает прогрессировать, следующий логический шаг в пептидной самостоятельной сборки включает расширение разнообразия на основе пептида структур и функций. При самостоятельной сборке пептиды являются универсальным биоматериал, были использованы для многих биомедицинских приложений тюнинг пептида последовательности или Ассамблеи условия2,3,4, разработка стратегий для изменения после Ассамблеи пептид nanofibers5,6,7,8,9 остается относительно неисследованные области.
Динамических дисульфида обмен и тиоловых химии на поверхности супрамолекулярных структур является одной из областей, которая имеет потенциал, чтобы принести новые и функциональные биоматериалы. Включение 1,2-dithiolane постановление (обычно производное липоевой кислоты (ла) или asparagusic кислоты (aa)) были зарегистрированы в липосомы систем10,11, блок сополимеры12,13, а Организация якоря на поверхности14,15. Здесь мы приводим синтеза и характеристика самостоятельной сборки пептид, производный от затравок ядро пептид значения, связанные с болезнью Альцгеймера, измененный в N-terminus с 1,2-dithiolane функциональные группы16, 17. Результате супрамолекулярные волокна теперь служат экспериментальной платформы для изучения дисульфида обмен и тиоловых реактивности в супрамолекулярные поверхности волокон амилоида18.
Protocol
Representative Results
Discussion
Эта статья обсуждает детали как синтеза и очистки 1,2-dithiolane изменение N-терминальный самостоятельной сборки пептида и характеристики полученных супрамолекулярных структур. Синтез пептида 1,2-dithiolane, сообщили здесь имеет преимущества, включая одношаговый синтеза для производства прекурс…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить д-р B. Эллен Scanley за ее техническую подготовку и помочь с помощью ТЕА в Коннектикут государственных колледжей и университетов (CSCU) центр нанотехнологий и доктор Ишита Мукерджи в Уэслианском университете для доступа к ее CD Спектрофотометр. Работе в части было поддержано институтом наук в университете Фэрфилд, Коннектикут НАСА космический Грант консорциум и Национальный научный фонд под Грант номер ЧЕ-1624774.
Materials
| Rink amide MBHA resin, high load | Gyros Protein Technologies | RAM-5-HL | Avoid contact with skin and eyes; do not inhale |
| N,N-Dimethylformamide | Fisher Scientific | D119-4 | Flammable liquid and vapor; irritating to eyes and skin; Use personal protective equipment; keep away from open flame |
| Fmoc-L-Val-OH | Gyros Protein Technologies | FLA-25-V | Wear personal protective equipment; do not inhale |
| Fmoc-L-Leu-OH | Gyros Protein Technologies | FLA-25-L | Wear personal protective equipment; do not inhale |
| Fmoc-L-Lys(Boc)-OH | Gyros Protein Technologies | FLA-25-KBC | Wear personal protective equipment; do not inhale |
| Fmoc-L-Phe-OH | Gyros Protein Technologies | FLA-25-F | Wear personal protective equipment; do not inhale |
| Fmoc-L-Ala-OH | Gyros Protein Technologies | FLA-25-A | Wear personal protective equipment; do not inhale |
| Fmoc-L-Gln(Trt)-OH | Gyros Protein Technologies | FLA-25-QT | Wear personal protective equipment; do not inhale |
| N,N,N′,N′-Tetramethyl-O-(1H-benzotriazol-1-yl)uronium hexafluorophosphate | Gyros Protein Technologies | 26432 | Causes skin, eye and respiratory irritation; do not inhale; use under hood or in well ventilated area |
| 0.4 M N-methylmorpholine in DMF | Gyros Protein Technologies | PS3-MM-L | highly flammable; wear personal protective equipment; keep away from heat and keep container tightly closed; do not inhale or swallow; wash skin thoroughly after handling |
| 20% piperidine in DMF | Gyros Protein Technologies | PS3-PPR-L | Causes severe eye and skin burns; Flammable Liquid and vapor; Do not inhale |
| dichloromethane | Fisher Scientific | D37-4 | May cause cancer; Do not inhale; Wear personal protective equipment; use under hood only; if contacted rise with water for at least 15 minutes and obtain medical attention |
| acetonitrile | Fisher Scientific | A998-4 | Flammable; irritating to eyes; Use personal protective equipment; Use only under a fume hood; keep away from open flame or hot surface; if contacted rinse wiith water for at least 15 minutes and obtain medical attention |
| trifluoroacetic acid | Fisher Scientific | A116-50 | Causes severe burns; do not inhale; harmful to aquatic life; use personal protective equipment; use only under fume hood; if contacted rinse with water for at least 15 minutes and obain immediate medical attention |
| 4% uranyl acetate | Electron Microscopy Sciences | 22400-4 | Do not inhale; harmful to aquatic life |
| 4-(2-Hydroxyethyl)piperazine-1-ethanesulfonic acid | Acros Organics | AC172571000 | Do not inhale; use outdoors or in well-ventilated area |
| nitrogen Gas | TechAir | Contents under pressure, may explode if heated | |
| 3-bromo-2-(bromomethyl)propionic acid | Alfa Aesar | AAA1963014 | Do not inhale; causes irritation to skin and eyes; corrosive |
| sodium hydroxide | Fisher Scientific | S318-100 | Use personal protective equipment; use only under fume hood; if contact rinse area for at least 15 minutes and obtain medical attention |
| potassium thioacetate | Acros Organics | AC221300250 | Causes skin and eye irritation; do not inhale; use personal protective equipment |
| sulfuric acid | Fisher Scientific | SA213 | Causes burns; keep away from water; keep away from combustible material; do not inhale; use personal protective equipment; if contact rinse area for at least 15 minutes and obtain medical attention |
| chloroform-d | Acros Organics | AC320690075 | Possible cancer hazard; irritating to skin and eyes; do not inhale; Use personal protective equipment; use only under fume hood; If contact rinse area for at least 15 minutes and obtain medical attention |
| chloroform | Fisher Scientific | C298-4 | Possible cancer hazard; irritating to skin and eyes; do not inhale; Use personal protective equipment; use only under fume hood; If contact rinse area for at least 15 minutes and obtain medical attention |
| N,N-diisopropylethylamine | Acros Organics | AC367841000 | Highly flammable; harmful to aquatic life; wear personal protective equipment; do not swallow |
| ammonium hydroxide | Fisher Scientific | A669S-500 | Corrosive; do not inhale |
| methanol | Fisher Scientific | A452-4 | Flammable liquid and vapor; use personal protective equipment; do not inhale; If contact rinse area for at least 15 minutes and obtain medical attention |
| triisopropylsilane | Sigma Aldrich | 233781 | Flammable; use personal proctective safety equipment; keep container tightly closed |
| diethyl ether | Fisher Scientific | E138-1 | Extremely flammable; Irritating to skin and eyes; Use personal protective equipment |
| 2,5-dihydroxybenzoic acid | Sigma Aldrich | 39319-10x10MG-F | do not inhale; irritating to skin and eyes |
| alpha-cyano-4-hydroxycinnamic acid | Alfa Aesar | AAJ67635EXK | |
| c18 zip-tip | Millipore | ZTC18S096 | |
| tris(2-carboxyethyl) phospine hydrochloride | Thermo Scientific | PI20490 | |
| silica gel 60 F254 coated aluminum-backed TLC sheets | EMD Millipore | 1.05549.0001 | |
| Thin walled Precision NMR tubes | Bel-Art | 663000585 | 5mm O.D. |
| All-plastic Norm-Ject syringes | Air Tite | AL10 | |
| single-use needle | BD PrecisionGlide | BD 305185 | used needles get disposed on in sharps waste container |
| disposable fritted syringe | Torviq | SF1000LL | 10mL fritted syringes were used in the report, but larger syringes are avaibale if needed for larger scale synthesis. |
| carbon grid | Ted Pella, Inc. | CF200-CU | Make sure to prepare samples and staining on the carbon grid side, not the shiny copper side of grid |
| self-closing tweezers | Electron Microscopy Sciences | 78318-3X | very sharp tips, length: 120 mm |
| 0.1 mm short path length cell | Starna Cells, Inc. | 20/C-Q-0.1 | Fragile |
| 10mL Vessel Caps | CEM | 909210 | |
| 10mL Pressure Vessels | CEM | 908035 | |
| Aeris Semi-Prep HPLC column | Phenomenex | 00F-4632-N0 | 150 x 10mm |
| cell holder | Starna Cells, Inc. | CH-2049 | Needed when using short pathlength cells |
| PS3 peptide synthesizer | Gyros Protein Technologies | ||
| DiscoverSP Microwave Reactor | CEM | ||
| centrifuge | HERMLE | Z 206 A | used a fixed 6×50 mL rotor |
| HPLC | Shimadzu | UV Detector | |
| nuclear magnetic resonance spectrometer | Avance, Bruker | 300 MHz | |
| MALDI-TOF mass spectrometer | Axima Confidence, Shimadzu | ||
| lyophilizer | Millrock Technology | BT85A | |
| Fourier-Transform Infrared Spectrometer | Alpha Tensor, Bruker | ||
| Transmission Electron Microscope | Tecnai Spirit, FEI | Used with Gatan Orius Fiberoptic CCD digital camera. Accessed at CSCU Center for Nanotechnology | |
| Circular Dichroism Spectropolarimeter | J-810, JASCO | Used with a six-cell Peltier temperature controller. Accessed at Wesleyan University. |
Referências
- Wang, J., Liu, K., Xing, R., Yan, X. Peptide self-assembly: Thermodynamics and kinetics. Chemical Society Reviews. 45, 5589-5604 (2016).
- Dong, R., et al. Functional supramolecular polymers for biomedical applications. Advanced Materials. 27, 498-526 (2015).
- Edwards-Gayle, C. J. C., Hamley, I. W. Self-assembly of bioactive peptides, peptide conjugates, and peptide mimetic materials. Organic and Biomolecular Chemistry. 15, 5867-5876 (2017).
- Goor, O. J. G. M., Hendrikse, S. I. S., Dankers, P. Y. W., Meijer, E. W. From supramolecular polymers to multi-component biomaterials. Chemical Society Reviews. 46, 6621-6637 (2017).
- DiMaio, J. T. M., Doran, T. M., Ryan, D. M., Raymond, D. M., Nilsson, B. L. Modulating supramolecular peptide hydrogel viscoelasticity using biomolecular recognition. Biomacromolecules. 18, 3591-3599 (2017).
- DiMaio, J. T. M., Raymond, D. M., Nilsson, B. L. Display of functional proteins on supramolecular peptide nanofibrils using a split-protein strategy. Organic and Biomolecular Chemistry. 15, 5279-5283 (2017).
- Mahmoud, Z. N., Gunnoo, S. B., Thomson, A. R., Fletcher, J. M., Woolfson, D. N. Bioorthogonal dual functionalization of self-assembling peptide fibers. Biomaterials. 32, 3712-3720 (2011).
- Petkau-Milroy, K., Uhlenheuer, D. A., Spiering, A. J. H., Vekemans, J. A. J. M., Brunsveld, L. Dynamic and bio-orthogonal protein assembly along a supramolecular polymer. Chemical Science. 4, 2886-2891 (2013).
- Li, A., et al. Neurofibrillar tangle surrogates: Histone H1 binding to patterned phosphotyrosine peptide nanotubes. Bioquímica. 53, 4225-4227 (2014).
- Sadownik, A., Stefely, J., Regen, S. L. Polymerized liposomes formed under extremely mild conditions. Journal of the American Chemical Society. 108, 7789-7791 (1986).
- Zhang, N., et al. ATN-161 Peptide functionalized reversibly cross-linked polymersomes mediate targeted doxorubicin delivery into melanoma-bearing C57BL/6 mice. Molecular Pharmaceutics. 14, 2538-2547 (2017).
- Margulis, K., et al. Formation of polymeric nanocubes by self-assembly and crystallization of dithiolane-containing triblock copolymers. Angewandte Chemie International Edition. 56, 16357-16362 (2017).
- Zhang, X., Waymouth, R. 1,2-Dithiolane-Derived Dynamic, Covalent Materials: Cooperative Self-Assembly and Reversible Cross-Linking. Journal of the American Chemical Society. 139, 3822-3833 (2017).
- Sakia, N., Matile, S. Stack exchange strategies for the synthesis of covalent double-channel photosystems by self-organizing surface-initiated polymerization. Journal of the American Chemical Society. 133, 18542-18545 (2011).
- Uji, H., Morita, T., Kimura, S. Molecular direction dependence of single-molecule conductance of a helical peptide in molecular junction. Physical Chemistry Chemical Physics. 15, 757-760 (2013).
- Liang, C., Ni, R., Smith, J. E., Childers, W. S., Mehta, A. K., Lynn, D. G. Kinetic intermediates in amyloid assembly. Journal of the American Chemical Society. 136, 15116-15149 (2014).
- Smith, J. E., et al. Defining the dynamic conformational network of cross-β peptide assembly. Israel Journal of Chemistry. 55, 763-769 (2015).
- Black, S. P., Sanders, J. K. M., Stefankiewicz, A. R. Disulfide exchange: Exposing supramolecular reactivity through dynamic covalent chemistry. Chemical Society Reviews. 43, 1861-1872 (2014).
- Vendetti, A., et al. Dihydroasparagusic acid: Antioxidant and tyrosinase inhibitory activities and improved synthesis. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 61, 6848-6855 (2013).
- Stawikowski, M., Fields, G. B. Introduction to peptide synthesis. Current Protocols in Protein Science. 26, (2002).
- Canadell, J., Goossens, H., Klumperman, B. Self-healing materials based on disulfide links. Macromolecules. 44, 2536-2541 (2011).
- Lafont, U., van Zeijl, H., van der Zwaag, S. Influence of cross-linkers on the cohesive and adhesive self-healing ability of polydisulfide-based thermosets. ACS Applied Materials and Interfaces. 4, 6280-6288 (2012).
- Komaromy, D., Stuart, M. C. A., Santiago, G. M., Tezcan, M., Krasnikov, V. V., Otto, S. Self-assembly can direct dynamic covalent bond formation toward diversity or specificity. Journal of the American Chemical Society. 139, 6234-6241 (2017).
- McAvery, K. M., Guan, B., Fortier, C. A., Tarr, M. A., Cole, R. B. Laser-induced oxidation of cholesterol observed during MALDI-TOF mass spectrometry. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 22, 659-669 (2011).
- Krimm, S., Bandekar, J. Vibrational spectroscopy and conformation of peptides, polypeptides, and proteins. Advances in Protein Chemistry. 38, 181-364 (1986).
- Halverson, K. J., Sucholeiki, I., Ashburn, T. T., Lansbury, P. T. Location of β-sheet-forming sequences in amyloid proteins by FTIR. Journal of the American Chemical Society. 113, 6701-6703 (1991).
- Greenfield, N., Fasman, G. D. Computed circular dichroism spectra for the evaluation of protein confirmation. Bioquímica. 8, 4108-4116 (1969).
- . ImageJ Available from: https://imagej.nih.gov/ij (2016)
- Roy, S., Shinde, S., Hamilton, G. A., Hartnett, H. E., Jones, A. K. Artificial [FeFe]-hydrogenase: On resin modification of an amino acid to anchor a hexacarbonyldiiron cluster in a peptide framework. European Journal of Inorganic Chemistry. 2011, 1050-1055 (2011).
- Van Duinen, S. G., Castano, E. M., Prelli, F., Bots, G. T. A. B., Luyendijk, W., Frangione, B. Hereditary cerebral hemorrhage with amyloidosis in patients of Dutch origin is related to Alzheimer disease. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 84, 5991-5994 (1987).
- Barth, A. The infrared absorption of amino acid sidechains. Progress in Biophysics and Molecular Biology. 74, 141-173 (2000).
- Jayaraman, M., et al. Slow amyloid nucleation via α-helix-rich oligomeric intermediates in short polyglutamine-containing Huntingtin fragments. Journal of Molecular Biology. 415, 881-899 (2012).
