Summary

Строительство тиоэфиры/Винил сульфид-привязанный винтовой пептиды через фото-индуцированной тиоловых СВ/yne Hydrothiolation

Published: August 01, 2018
doi:

Summary

Мы представляем собой протокол для строительства тиоэфиры/Винил сульфид привязанный винтовой пептиды с помощью фото индуцированной тиоловых СВ/тиоловых yne hydrothiolation.

Abstract

Здесь мы описываем подробный протокол для подготовки привязал тиоэфиры пептиды, используя на смолы внутримолекулярной/межмолекулярных тиоловых Ен hydrothiolation. Кроме того этот протокол описывает подготовку Винил сульфид привязанный пептиды, используя в решение внутримолекулярной тиоловых yne hydrothiolation между amino acids, которые обладают алкен/алкины боковых цепей и остатков цистеина в я, я + 4 позиции. Линейные пептиды были синтезированы, с использованием стандарта на основе Fmoc пептид Твердофазный синтез (ППУ). Тиоловых Эне hydrothiolation осуществляется с использованием внутримолекулярного Тио-реакций или межмолекулярных Тио Эне реакции, в зависимости от длины пептида. В этом исследовании реакция внутримолекулярной Тио Эне осуществляется в случае коротких пептидов, используя на смолы deprotection групп trityl остатков цистеина, после полный синтез линейных пептид. Смола затем устанавливается с помощью фотоинициатора 4-methoxyacetophenone (карта) и 2-hydroxy-1-[4-(2-hydroxyethoxy)-phenyl]-2-methyl-1-propanone (СПП) УФ-облучения. Реакции межмолекулярной тиоловых Эне осуществляется путем растворения Fmoc-КМС-OH в N, N– диметилформамид (DMF) растворителя. Это затем реагирует с пептида, используя остатки алкен подшипник на смоле. После этого macrolactamization осуществляется с помощью Гексафторофосфат Бензотриазол-1-yl-oxytripyrrolidinophosphonium (PyBop), 1-hydroxybenzotriazole (HoBt) и 4-Methylmorpholine (НММ) как Активация реагентов на смолы. После macrolactamization, продолжал пептидного синтеза с использованием стандартных ППУ. В случае Тио yne hydrothiolation линейной пептид расщепляется из смолы, сушеные и впоследствии распущен в дегазации ДМФ. Это затем облученных, с использованием ультрафиолетового света с фотоинициатора 2,2-диметокси-2-phenylacetophenone (ДМПА). После реакции ДМФ испаряется и сырой осадок осаждается и очищается с помощью высокопроизводительных жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Эти методы могут функционировать для упрощения поколения привязал тиоэфиры циклические пептиды благодаря использованию химии Тио СВ/yne нажмите кнопку, которая обладает превосходной функциональной группы терпимости и хороший урожай. Введение тиоэфиры облигаций в пептиды использует преимущества природы нуклеофильных остатков цистеина и окислительно-инертен по отношению к дисульфидными облигаций.

Introduction

Разработка лигандов для модуляции белок белковых взаимодействий (ИЦП) обеспечивает привлекательный подход для современных лекарственных препаратов. Таким образом много усилий было вложено в изучение Роман химических методов, которые могут эффективно модулировать ИЦП1,2,3. ИЦП обычно состоят из мелких, большой или прекращено взаимодействующих поверхностей, и малые молекулы, обычно считаются неподходящими лигандов для модуляции ИЦП4,5. С подходящим подвергаются взаимодействующих площадью поверхности короткие пептиды, которые имитируют структурные особенности белка интерфейсов представляют собой идеальные кандидаты для решения этой проблемы6,7. Однако короткие пептиды, обычно неструктурированные в водном растворе. Это связано с тем, что молекулы воды, которые конкурируют с сетью склеивание внутримолекулярных водородных пептид позвоночника и четко конформации entropically неблагоприятных в воды8. Кроме того пептиды имманентно низкой стабильности и проницаемость свойства ячейки во многом ограничить их использование в биологических приложений9,10. Согласно результатам анализа банка данных (PDB), белка > 50% ИЦП включать короткие α-спирали взаимодействия11. Таким образом различные химические методы были разработаны в отношении стабилизации спирали. К ним относятся дисульфида/тиоэфиры Бонд формирования12,13,14, кольцо закрытие метатеза15, лактамные кольцо формирования16, «щелкните «химия17, добавление perfluoroarenes18,19и винил сульфидные формирования20.

Стабилизированный винтовой пептиды, широко используются для различных внутриклеточных целей, в том числе p53, эстрогеновых рецепторов, РАН, BCL-2 семьи белки и другие21,,2223,24. ALRN-6924, все углеводородов прошит двойной ингибитор пептид MDM2 и MDMX, в настоящее время используется для клинического расследования25. В последние несколько лет наша группа сосредоточила внимание на разработке методов стабилизации Роман пептид с помощью тиоловых Эне тиоловых yne реакции26,,27и28. В общем мы продемонстрировали, что эти фото инициатором реакции эффективны в мягких условиях, когда естественно используется обильные цистеина. Кроме того мы показали, что эти реакции имеют отличные функциональные группы терпимость, био ортогональные и доказали быть применимым для пептидов и белков изменения29. Результате пептиды сульфид привязал тиоэфиры/Винил основном улучшения химического пространства ограничения пептиды, предоставляют центр лабильной модификации на трос и доказано, чтобы быть применимы для использования в многочисленных биологических приложений30 ,,3132. На сегодняшний день, были описаны только ограниченное доклады относительно тиоловых СВ/тиоловых yne пептид циклизации. В исследовании, опубликованном в Anseth et al. в 2009 году на смолы внутримолекулярной тиоловых реакций для пептида циклизация между активированные алкенов с цистеином был показали33. В 2015 году Чжоу и др. описал двухкомпонентный радикальной начатый тиоловых реакций для пептида, сшивание34 и последующих, последовательные тиоловых yne/Восточный муфта реакции35. Недавно мы описали ряд работы на основе тиоэфиры/Винил сульфид привязал пептиды20,26,27. Этот протокол описывает подробный синтез пептидов сульфид привязал вышеупомянутых тиоэфиры/винил в надежде, что это будет полезно для более широкого исследовательского сообщества.

Protocol

1. Оборудование для подготовки Для ручной пептидного синтеза аппарата Поместите вакуумный коллектор (Таблица материалов) в эффективной зонта. Следующий место трехходовые запорные краны на вакуумный коллектор и подключить их к линии газом азота или аргона. Крышка все неи?…

Representative Results

ВЭЖХ и МС спектры пептидов Ac-YmS5AAAC-NH2 и продукта его cyclized Ac – Y-(цикло-1,5)-[mS5AAAC] – NH2 , которые были созданы с использованием на смолы внутримолекулярной тиоловых Эне фотореакционного изображены в Рисунок 6B. циклические пептиды было ус?…

Discussion

В на смолы внутримолекулярной Тио Эне циклизация, описанные на рис. 3удаление trityl группы остатков цистеина оказалась важным шагом для последующего фотореакционного. Кроме того низкомолекулярных пептидов до и после, что реакция оказалась идентичной как изображены на <str…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Авторы признают финансовой поддержки от естественных наук Китая гранты фонда (№ 21372023, 21778009 и 81701818); Министерство науки и техники Китайской Народной Республики (№ 2015DFA31590); Шэньчжэнь науки и технологии инновации Комитет (No. JCYJ20170412150719814, JCYJ20170412150609690, JCYJ20150403101146313, JCYJ20160301111338144, JCYJ20160331115853521, JSGG20160301095829250 и GJHS20170310093122365); и Китай Докторантура научный фонд (№ 2017 М 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

References

  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. Chemistry. 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. Chemistry. 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).
check_url/57356?article_type=t

Play Video

Cite This Article
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).

View Video