विभिन्न डाइसल्फ़ाइड Connectivities के साथ µ-Conotoxin PIIIA Isomers का संश्लेषण एवं संरचना निर्धारण
Summary
Cysteine-रिच पेप्टाइड्स उनके डाइसल्फ़ाइड कनेक्टिविटी के आधार पर विशिष्ट तीन-आयामी संरचनाओं में गुना । बफ़र ऑक्सीकरण इच्छित डाइसल्फ़ाइड कनेक्टिविटी के लिए लीड नहीं है, जब व्यक्तिगत डाइसल्फ़ाइड isomers के लक्षित संश्लेषण की आवश्यकता है । 3 के चयनात्मक संश्लेषण के साथ प्रोटोकॉल सौदों-डाइसल्फ़ाइड-बंधुआ पेप्टाइड्स और उनके संरचनात्मक विश्लेषण का उपयोग कर एनएमआर और ms/
Abstract
cysteines की एक उच्च संख्या के साथ पेप्टाइड्स आमतौर पर उनके डाइसल्फ़ाइड कनेक्टिविटी द्वारा तीन आयामी संरचना के बारे में प्रभावित कर रहे हैं । यह एक पूरी तरह से अलग पेप्टाइड संरचना में परिणाम हो सकता है, क्योंकि यह इस प्रकार, पेप्टाइड संश्लेषण के दौरान अवांछित डाइसल्फ़ाइड बांड गठन से बचने के लिए अत्यधिक महत्वपूर्ण है, और फलस्वरूप बदल गया है । हालांकि, एक पेप्टाइड में एकाधिक डाइसल्फ़ाइड बांड के सही गठन के लिए मानक स्वयं का उपयोग करके प्राप्त करने के लिए मुश्किल है-ऐसे पारंपरिक बफर ऑक्सीकरण प्रोटोकॉल के रूप में तह तरीकों, क्योंकि कई डाइसल्फ़ाइड connectivities का गठन किया जा सकता है । इस प्रोटोकॉल एक उंनत एकाधिक डाइसल्फ़ाइड-पाटने पेप्टाइड्स जो उच्च गुणवत्ता और मात्रा में बफर ऑक्सीकरण के माध्यम से संश्लेषित नहीं किया जा सकता के लक्षित संश्लेषण के लिए आवश्यक रणनीति का प्रतिनिधित्व करता है । अध्ययन एक लक्षित तरीके से µ-conotoxin PIIIA के सभी संभव 3-डाइसल्फ़ाइड-बंधुआ पेप्टाइड isomers के संश्लेषण के लिए एक अलग रक्षा समूह रणनीति के आवेदन को दर्शाता है । पेप्टाइड्स परिभाषित डाइसल्फ़ाइड बांड गठन के लिए एक रक्षा समूह रणनीति का उपयोग Fmoc आधारित ठोस चरण पेप्टाइड संश्लेषण द्वारा तैयार कर रहे हैं. cysteines के संबंधित जोड़े trityl (Trt), acetamidomethyl (Acm) के साथ संरक्षित कर रहे हैं, और tert-butyl (टीबु) समूहों की रक्षा के लिए सुनिश्चित करें कि हर ऑक्सीकरण कदम के दौरान ही आवश्यक cysteines असुरक्षित और जुड़े हुए हैं । लक्षित संश्लेषण के अलावा, कई विश्लेषणात्मक तरीकों का एक संयोजन सही तह और वांछित पेप्टाइड संरचनाओं की पीढ़ी को स्पष्ट करने के लिए प्रयोग किया जाता है । अलग 3-डाइसल्फ़ाइड-बंधुआ isomers की तुलना सटीक निर्धारण और तीन आयामी संरचना की गणना के लिए और जैविक की व्याख्या के लिए डाइसल्फ़ाइड कनेक्टिविटी के ज्ञान के महत्व को इंगित करता है पेप्टाइड isomers की गतिविधि । विश्लेषणात्मक लक्षण वर्णन मिलकर जन स्पेक्ट्रोमेट्री (एमएस/एमएस) विश्लेषण जो आंशिक रूप से कम है और बरकरार पेप्टाइड isomer एक अनुकूलित प्रोटोकॉल द्वारा उत्पादित के alkylated डेरिवेटिव के साथ किया जाता है के माध्यम से सटीक डाइसल्फ़ाइड बांड elucidation भी शामिल है । इसके अलावा, पेप्टाइड संरचनाओं का उपयोग कर निर्धारित कर रहे हैं 2d परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर) प्रयोगों और ज्ञान से प्राप्त एमएस/
Introduction
दवा अनुसंधान और विकास में जैव सक्रिय पेप्टाइड्स का उपयोग अत्यधिक मांयता प्राप्त है, क्योंकि वे विशिष्ट जैविक लक्ष्य1के लिए शक्तिशाली और उच्च चयनात्मक यौगिकों का प्रतिनिधित्व करते हैं । अपनी गैर-सक्रियता के लिए, तथापि, तीन आयामी संरचना बहुत महत्व की है ताकि संरचना-गतिविधि संबंध अध्ययन2,3,4करने के लिए । प्राथमिक एमिनो एसिड अनुक्रम है कि समग्र अनुरूपता को प्रभावित करता है के अलावा, डाइसल्फ़ाइड बांड काफी cysteine-अमीर पेप्टाइड्स की संरचना को स्थिर5. मल्टीपल डाइसल्फ़ाइड-ब्रिजेड पेप्टाइड्स में कांउस purpurascens से µ-PIIIA जैसे conotoxins शामिल हैं जो इसके अनुक्रम में छह cysteines हैं । इस उच्च cysteine सामग्री सैद्धांतिक रूप से 15 डाइसल्फ़ाइड isomers के गठन की अनुमति देता है । 6,7जैविक गतिविधि के लिए सही डाइसल्फ़ाइड कनेक्टिविटी बहुत महत्वपूर्ण है । हालांकि, सवाल उठता है कि क्या वहां स्वाभाविक रूप से होने वाली पेप्टाइड्स के एक से अधिक जैव सक्रिय अनुरूप है और अगर ऐसा है, जो उन isomers के सबसे अधिक जैविक गतिविधि के पास? µ-conotoxins के मामले में, जैविक लक्ष्य वोल्टेज gated सोडियम आयन चैनल हैं, और विशेष रूप से µ-PIIIA नv१.२, ना v १.४ और ना v १.७3के लिएसबसे शक्तिशाली है ।
डाइसल्फ़ाइड-पाटने पेप्टाइड्स के संश्लेषण विभिन्न तरीकों का उपयोग कर प्राप्त किया जा सकता है । एक पेप्टाइड के भीतर डाइसल्फ़ाइड बांड के गठन के लिए सबसे सुविधाजनक तरीका तथाकथित ऑक्सीडेटिव आत्म तह दृष्टिकोण है । यहां, वांछित चक्रीय पेप्टाइड के रैखिक अग्रदूत साबित पहले ठोस चरण पेप्टाइड संश्लेषण, जो एक बफर प्रणाली में ऑक्सीकरण के अधीन बहुलक समर्थन से दरार के बाद है का उपयोग कर संश्लेषित है । Redox-सक्रिय एजेंटों जैसे कम और ऑक्सीकरण glutathione (GSH/GSSG) अक्सर डाइसल्फ़ाइड बांड के गठन को बढ़ावा देने के लिए जोड़ रहे हैं । बफर का मुख्य नुकसान-समर्थित आत्म तह है कि डाइसल्फ़ाइड बांड चुनिंदा एक stepwise फैशन में नहीं बना रहे हैं । देशी पेप्टाइड की तुलना में, जिसके लिए अक्सर केवल एक विशिष्ट डाइसल्फ़ाइड isomer का वर्णन किया गया है, यह8दृष्टिकोण के साथ कई अन्य isomers प्राप्त करने के लिए संभव है. µ-PIIIA पहले से ही कम में परिणाम दिखाया गया है तीन अलग ढंग से स्वयं पर जोड़ isomers-एक पिछले अध्ययन में तह3। इस तरह के एक isomer मिश्रण की जुदाई नहीं बल्कि मुश्किल है समान प्रतिधारण समय के कारण अगर क्रोमेटोग्राफिक शुद्धिकरण तरीकों का उपयोग कर9. एक विशिष्ट isomer के लक्षित संश्लेषण इसलिए लाभप्रद है । विशेष रूप से परिभाषित डाइसल्फ़ाइड कनेक्टिविटी के साथ एक isomer का उत्पादन करने के लिए, एक विशेष रणनीति की आवश्यकता है जिसमें डाइसल्फ़ाइड बांड क्रमिक बंद कर रहे हैं । इसलिए, रैखिक अग्रदूत व्यक्तिगत cysteine जोड़े पर अलग सुरक्षा समूहों ले जा बहुलक समर्थन पर संश्लेषित है । उंमूलन के बाद, cysteine जोड़े व्यक्तिगत और क्रमिक असुरक्षित है और एक ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया के लिए वांछित डाइसल्फ़ाइड बांड10,11,12,13उपज में जुड़ेहुए हैं, 14 , 15 , 16. संश्लेषण और प्रतिक्रिया उत्पाद की शुद्धि के बाद, यह पहचान और उपयुक्त विश्लेषणात्मक विधियों द्वारा डाइसल्फ़ाइड कनेक्टिविटी की पुष्टि करने के लिए आवश्यक है । कई विश्लेषणात्मक तरीकों प्राथमिक एमिनो एसिड अनुक्रम के elucidation के लिए उपलब्ध हैं, जैसे, एमएस/ms, जबकि डाइसल्फ़ाइड कनेक्टिविटी का निर्धारण अभी भी बहुत कम जांच की है । इसके अलावा इस तरह के एकाधिक डाइसल्फ़ाइड-बंधुआ पेप्टाइड्स की जटिलता से, उत्पाद से संबंधित अशुद्धियों (जैसे, डाइसल्फ़ाइड पांव मार से), नमूना तैयारी और काम अप के कारण विश्लेषण को जटिल कर सकते हैं. इस पत्र में, हम बताते है कि विभिंन विश्लेषणात्मक तकनीकों के संयोजन का उपयोग स्पष्ट µ-PIIIA isomers में डाइसल्फ़ाइड बांड की पहचान स्पष्ट करने के लिए आवश्यक है । हम जन स्पेक्ट्रोमेट्री के साथ संयुक्त क्रोमेटोग्राफिक तरीकों और एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए एक ही नमूने प्रदान की है । मैट्रिक्स में असिस्टेड लेजर desorption/ionization (मालदी) ms/एमएस विश्लेषण, हम आंशिक कमी और iodoacetamide derivatization का उपयोग करके डाइसल्फ़ाइड बांड की पहचान की है क्योंकि ऊपर से नीचे विश्लेषण इस पेप्टाइड के लिए संभव नहीं है । 2d एनएमआर प्रयोगों के लिए प्रत्येक isomer के एक तीन आयामी संरचना प्राप्त करने के लिए प्रदर्शन किया गया । इस प्रकार, अलग परिष्कृत विश्लेषणात्मक तरीकों के संयोजन से, यह डाइसल्फ़ाइड कनेक्टिविटी और जटिल एकाधिक डाइसल्फ़ाइड के तीन आयामी संरचना-बंधुआ पेप्टाइड्स7स्पष्ट ठीक से संभव है ।
Protocol
Representative Results
Discussion
विधि cysteine के संश्लेषण के लिए यहां वर्णित µ-PIIIA जैसे अमीर पेप्टाइड्स के लिए चुनिंदा एक ही एमिनो एसिड अनुक्रम से डाइसल्फ़ाइड बंधुआ isomers उत्पादन की संभावना का प्रतिनिधित्व करता है । इसलिए, Fmoc-आधारित ठोस चरण पे?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम Bruker Daltonics GmbH ब्रेमेन से ए. Resemann, एफ जे मेयर, और डी. Suckau का शुक्रिया अदा करना चाहेंगे; डी. Tietze, ए. ए. Tietze, वी. श्मिट और सी. Thiele से Darmstadt विश्वविद्यालय प्रौद्योगिकी; ओ. Ohlenschläger से FLI जेना, एम. Engeser बॉन विश्वविद्यालय से; के. क्रेमर, ए. Harzen, और एच. Nakagami फॉर द मैक्स प्लैंक इंस्टिट्यूट फॉर प्लांट ब्रीडिंग रिसर्च, कोलोन; जूलॉजी, कोलोन के लिए संस्थान से सुसैन Neupert; और तकनीकी सहायता, प्रशिक्षण मॉड्यूल, और उपकरणों के लिए उपयोग के लिए फ्रैंकफर्ट के विश्वविद्यालय के आणविक चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी सुविधाओं । D.I. के लिए बॉन विश्वविद्यालय द्वारा वित्तीय सहायता आभार स्वीकार किया है ।
Materials
| Fmoc Rink amide resin | Novabiochem | 855001 | |
| Pyr(Boc) | Bachem | A-3850 | |
| Arg(Pbf) | Iris Biotech | FSC1010 | |
| Asn(Trt) | Bachem | B-1785 | |
| Asp(tBu) | Iris Biotech | FSP1020 | |
| Hyp(tBu) | Iris Biotech | FAA1627 | |
| Lys(Boc) | Bachem | B-1080 | |
| Ser(tBu) | Iris Biotech | FSC1190 | |
| Gln(Trt) | Iris Biotech | FSC1043 | |
| Glu(tBu) | Iris Biotech | FSP1045 | |
| Trp(Boc) | Iris Biotech | FSC1225 | |
| Tyr(tBu) | Sigma Aldrich | 47623 | |
| Thr(tBu) | Iris Biotech | FSP1210 | |
| His(Trt) | Iris Biotech | FDP1200 | |
| 2-(1H-Benzotriazol-1-yl)-1,1,3,3-tetramethyluroniumhexafluorphosphat | Sigma Aldrich | 8510060 | Flammable |
| DMF | Fisher Scientific | D119 | Flammable, Toxic |
| DCM | Fisher Scientific | D37 | Carcinogenic |
| Piperidine | Alfa Aesar | A12442 | Flammable, Toxic, Corrosive |
| N-Methyl-Morpholin | Sigma Aldrich | 224286 | |
| Cys(Acm) | Iris Biotech | FAA1506 | |
| Cys(Trt) | Bachem | E-2495 | |
| Cys(tBu) | Bachem | B-1220 | |
| trifluoruacetic acid | Sigma Aldrich | 74564 | Toxic, Corrosive |
| phenol | Merck | 1002060 | Toxic |
| thioanisol | Alfa Aesar | A14846 | |
| ethanedithiol | Fluka Analytical | 2390 | |
| diethyl ether | VWR | 100,921 | Flammable |
| tert-butanol | Alfa Aesar | L12338 | Flammable |
| acetonitrile | Fisher Scientific | A998 | Flammable |
| water | Fisher Scientific | W5 | |
| isopropanol | VWR | ACRO42383 | Flammable |
| sodium hydroxide | AppliChem | A6579,1000 | Corrosive |
| iodoacetamide | Sigma Aldrich | I6125 | |
| iodine | Sigma Aldrich | I0385 | |
| Hydrochloric acid | Merck | 110165 | Corrosive |
| ascorbic acid | Sigma Aldrich | A4403 | |
| diphenylsulfoxide | Sigma Aldrich | P35405 | |
| anisol | Sigma Aldrich | 96109 | Flammable |
| trichloromethylsilane | Sigma Aldrich | M85301 | Flammable |
| sample dilution buffer | Laborservice Onken | ||
| sodium dihydrogen phosphate | Sigma Aldrich | 106370 | |
| disodium hydrogen phosphate | Sigma Aldrich | 795410 | |
| (2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride | Sigma Aldrich | C4706 | |
| citric acid | Sigma Aldrich | 251275 | |
| sodium citrate dihydrate | Sigma Aldrich | W302600 | |
| tris-acetate | Carl Roth, | 7125 | |
| Ethylenediaminetetraacetic acid | Sigma Aldrich | E26282 | |
| peptide calibration standard II | Bruker Daltonics GmbH | 8222570 | |
| Name of Equipment | Company | ||
| solid-phase peptide synthesizer | Intavis Bioanalytical Instruments AG | EPS 221 | |
| lyophilizer | Martin Christ GmbH | Alpha 1-2 Ldplus | |
| semipreparative HPLC | Jasco | system PV-987 | |
| Eurospher 100 C18 column (RP, 5 µm particle size, 100 Å pore size, 250 x 32 mm) | Knauer | 25QE181E2J | purification of the linear peptide |
| Vydac 218TP1022 column (RP C18, 10 µm particle size, 300 Å pore size, 250 x 22 mm) | Hichrom-VWR | HICH218TP1022 | purification of the oxidized peptide |
| analytical HPLC | Shimadzu | system LC-20AD | |
| Vydac 218TP54 column (C18 RP, 5 µm particle size, 300 Å pore size, 250 x 4.6 mm) | Hichrom-VWR | HICH218TP54 | analytical column |
| ground steel target (MTP 384) | Bruker Daltonics GmbH | NC0910436 | MALDI preparation |
| C18-concentration filter (ZipTip) | Merck KGaA | ZTC18S096 | MALDI preparation |
| MALDI mass spectrometer | Bruker Daltonics GmbH | ultraflex III TOF/TOF | |
| amino acid analyzer | Eppendorf-Biotronik GmbH | LC 3000 system | |
| NMR spectrometer Bruker Avance III | Bruker Daltonics GmbH | Bruker Avance III 600 MHz | |
| computer program for molecular visualising | YASARA Biosciences GmbH | Yasara structures | NMR structure calculation |
| computer program for MALDI data evaluation | Bruker Daltonics GmbH | flexAnalysis, BioTools | MS/MS fragmentation |
| analog vortex mixer | VWR | VM 3000 | |
| Microcentrifuge | Eppendorf | 5410 | |
| Centrifuge | Hettich | EBA 20 | |
| Rotational vacuum concentrator | Christ | 2-18 Cdplus | |
| Analytical Balance | A&D Instruments | GR-202-EC |
Referências
- Fosgerau, K., Hoffmann, T. Peptide therapeutics: Current status and future directions. Drug Discovery Today. 20 (1), 122-128 (2015).
- Gongora-Benítez, M., Tulla-Puche, J., Albericio, F. Multifaceted roles of disulfide bonds. peptides as therapeutics. Chemical Reviews. 114 (2), 901-926 (2014).
- Tietze, A. A., et al. Structurally diverse µ-conotoxin PIIIA isomers block sodium channel NaV1.4. Angewandte Chemie – International Edition. 51 (17), 4058-4061 (2012).
- Carstens, B. B., et al. Structure-Activity Studies of Cysteine-Rich α-Conotoxins that Inhibit High-Voltage-Activated Calcium Channels via GABABReceptor Activation Reveal a Minimal Functional Motif. Angewandte Chemie – International Edition. 55 (15), 4692-4696 (2016).
- Zhang, Y., Schulten, K., Gruebele, M., Bansal, P. S., Wilson, D., Daly, N. L. Disulfide bridges: Bringing together frustrated structure in a bioactive peptide. Biophysical Journal. 110 (8), 1744-1752 (2016).
- Nielsen, K. J., et al. Solution structure of µ-conotoxin PIIIA, a preferential inhibitor of persistent tetrodotoxin-sensitive sodium channels. Journal of Biological Chemistry. 277 (30), 27247-27255 (2002).
- Heimer, P., et al. Conformational µ-Conotoxin PIIIA Isomers Revisited: Impact of Cysteine Pairing on Disulfide-Bond Assignment and Structure Elucidation. Analytical Chemistry. 90 (5), 3321-3327 (2018).
- Chang, J. Y. Diverse pathways of oxidative folding of disulfide proteins: Underlying causes and folding models. Bioquímica. 50 (17), 3414-3431 (2011).
- Böhm, M., et al. Novel insights into structure and function of factor XIIIa-inhibitor tridegin. Journal of Medicinal Chemistry. 57 (24), 10355-10365 (2014).
- Postma, T. M., Albericio, F. Disulfide Formation Strategies in Peptide Synthesis. European Journal of Organic Chemistry. 2014 (17), 3519-3530 (2014).
- Albericio, F., Isidro-llobet, A., Mercedes, A. Amino Acid-Protecting Groups. Chemical Reviews. 109 (6), 2455-2504 (2009).
- Annis, I., Hargittai, B., Barany, G. Disulfide bond formation in peptides. Methods in Enzymology. 289 (1988), 198-221 (1997).
- Kamber, B., et al. The Synthesis of Cystine Peptides by Iodine Oxidation of S-Trityl-cysteine and S-Acetamidomethyl-cysteine Peptides. Helvetica Chimica Acta. 63 (4), 899-915 (1980).
- Bosch, D. E., Zielinski, T., Lowery, R. G., Siderovski, D. P. Evaluating Modulators of Regulator of G-Protein Signaling (RGS) Proteins. Current Protocols in Pharmacology. 56 (2.8), 1-15 (2012).
- Mochizuki, M., Tsuda, S., Tanimura, K., Nishiuchi, Y. Regioselective formation of multiple disulfide bonds with the aid of postsynthetic S-tritylation. Organic Letters. 17 (9), 2202-2205 (2015).
- Peigneur, S., et al. δ-conotoxins synthesized using an acid-cleavable solubility tag approach reveal key structural determinants for NaV subtype selectivity. Journal of Biological Chemistry. 289 (51), 35341-35350 (2014).
- Heimer, P., et al. Application of Room-Temperature Aprotic and Protic Ionic Liquids for Oxidative Folding of Cysteine-Rich Peptides. ChemBioChem. 15 (18), 2754-2765 (2014).
- Kates, S. A., Albericio, F. . Solid-Phase Synthesis: A Practical Guide. , (2000).
- Wüthrich, K. NMR studies of structure and function of biological macromolecules (Nobel lecture). Angewandte Chemie – International Edition. 42 (29), 3340-3363 (2003).
