A protocol to synthesize peptoids with mixed cationic functionality in the same sequence is presented (lysine- and arginine-type monomers). Subsequent testing of these compounds against Leishmania mexicana, the protozoan parasites that cause cutaneous leishmaniasis, is also described.
This protocol describes the manual solid-phase synthesis of linear peptoids that contain two differently functionalized cationic monomers. In this procedure amino functionalized ‘lysine’ and guanido functionalized ‘arginine’ peptoid monomers can be included within the same peptoid sequence. This procedure uses on-resin (N-(1-(4,4-dimethyl-2,6-dioxocyclohexylidene)ethyl) or Dde protection, orthogonal conditions to the Boc protection of lysine monomers. Subsequent deprotection allows an efficient on-resin guanidinylation reaction to form the arginine residues. The procedure is compatible with the commonly used submonomer method of peptoid synthesis, allowing simple peptoids to be made using common laboratory equipment and commercially available reagents. The representative synthesis, purification and characterization of two mixed peptoids is described. The evaluation of these compounds as potential anti-infectives in screening assays against Leishmania mexicana is also described. The protozoan parasite L. mexicana is a causative agent of cutaneous leishmaniasis, a neglected tropical disease that affects up to 12 million people worldwide.
类肽(或聚ñ取代的甘氨酸)是一类肽模拟物提供类似性质的肽,因此越来越多地被研究用于医药和材料的应用的。在肽中,每个氨基酸的侧链连接到酰胺主链的α碳;在拟肽侧链被移位到所述主链的氮原子。重要的是,这给拟肽蛋白水解更大的阻力。
拟肽使用由Zuckermann 等人,其中,拟肽单体可以通过附连到一个固体支持物,并使用伯胺的卤素的后续位移胺官能顺序haloacetylation建率先submonomer方法通常合成。1我们小组最近开发一种适应此submonomer方法以允许赖氨酸和精氨酸型拟肽残基被包括为F同一类肽序列内IRST时间。2本手册固相的方法来合成类肽使用市售试剂和通用实验室设备,使之成为广大实验室的访问。拟肽已被证明具有对多种革兰氏阴性菌,革兰氏阳性细菌和真菌种类属于媲美许多已知的抗微生物肽的有希望的活性。3-9
在我们的工作中,拟肽已被用来作为一种新型的抗感染化合物用于治疗被忽视的热带疾病利什曼病,利什曼病5,10是在全球超过80个国家和地方性据估计,超过12万人感染了全球11的病是由由白蛉叮咬传播的原生动物寄生虫引起的。 利什曼原虫属物种可导致皮肤利什曼病,从而导致疤痕和损伤粘膜的条件,或危及生命的内脏花环hmaniasis,这会导致致命的器官损伤。没有疫苗是目前可用于本病与现有的治疗依赖于少数有严重的副作用的药物。此外,对现有药物的耐药性是一个新兴的和严重的问题,所以新的治疗迫切需要有效治疗利什曼病在未来12-16
在这些抗微生物应用中,拟肽通常设计为两亲性与阳离子和疏水单体的混合物。3,4-这可以使拟肽度朝细菌细胞的选择性,减少毒性哺乳动物细胞,并改善它们的分子转运活性17-20中的大多数文献抗感染拟肽的包含被专门由任一氨基官能赖氨酸型单体或精氨酸型残基的阳离子侧链。肽 – 类肽嵌合体,其中所述阳离子链由所述一个的美浓酸赖氨酸或精氨酸,也被合成以审查活性和毒性阳离子基团的效果。21-25
多聚赖氨酸拟肽可以使用市售的Boc-保护的胺容易地合成。聚精氨酸拟肽报告可以利用使用的吡唑-1-甲脒作为胍基剂的方法进行。18然而,这只能在拟肽已从除去树脂和Boc保护的侧链裂解后进行,所以该序列中的每一个赖氨酸型残基被转化为一个精氨酸残基。在努力微调化合物的化学和生物特性,我们开发了一种方法,允许双阳离子官能( 例如 ,N-赖氨酸和N精氨酸)被包括在首次任何给定的拟肽序列。2
这里,我们描述总重量的合成,纯化和表征Ó包含在同一序列的两个赖氨酸和精氨酸型残基小说类肽。该方法使用与吡唑-1-甲脒作为胍基的试剂上树脂正交Ñ-Boc和N p'-DDE保护。这些拟肽的生物学评价中还针对墨西哥利什曼原虫 ,皮肤利什曼病的病原体的细胞毒性测定法描述。这提供了具有双阳离子官能访问拟肽,并评估其生物活性的实用方法。据预计,该方法将由拟肽社区在未来有助于两亲性拟肽的合成。
拟肽正越来越多地应用中的化学生物学和药物化学领域中的研究,例如新的治疗3-5,细胞递送剂18,20和诊断工具。29通常,这些序列是阳离子为病原体以上提供一定程度的选择性的哺乳动物细胞,通过细胞膜穿透并在含水体系有助于溶解的能力。有包含在文献中仅赖氨酸或精氨酸模拟物残基的阳离子类肽的许多例子。然而,到目前为止,同时包含在同一序列中这些阳离子残基的拟肽的合成已经由缺乏合适的合成过程受到阻碍。这里所描述的协议允许以有效的方式来合成混合的阳离子类肽并且是高度期望的,因为它提供了调节两亲性拟肽的生物学和化学特性的路由。
核苷酸“>我们的方法使用一种适应常用submonomer拟肽合成,并允许加入相同序列内两个赖氨酸和精氨酸型单体的,它采用室温联轴器和建立保护基化学所以可以预料,这种方法将成为广大科研组是有用的。要添加精氨酸型残基正交保护,未受保护的二胺标准排水量条件下加入,然后保护与DDE-OH。各种二胺可以是一个60分钟的耦合用于允许从2个碳至6个碳原子长,以进行安装, 即,1,2-二氨基乙烷分别1,6-二氨基己烷。该保护DDE-OH在DMF溶解以及侧链和为非常有效的和有选择性的保护基伯胺。DDE的保护基团离开的仲胺的影响, 例如 ,拟肽链的无保护的N末端30的一个限制是,所有的顺式的论文是手动进行;然而,可以预料,开发的偶合条件使该方法适合于用自动肽/拟肽合成中使用。DDE的基团的树脂上脱保护是使用在DMF中的2%肼溶液离开,可以在树脂使用的吡唑-1-甲脒将guanidinylated游离胺进行。吡唑-1-甲脒六当量和六当量的DIPEA是按游离胺用在树脂( 即 ,要安装的六当量为每个n精氨酸型单体)。再次,该反应也是有效的和吡唑-1-甲脒试剂具有在DMF良好的溶解性。反应完成经由LC-MS典型地看到在室温下60分钟后。
由于submonomer方法的通用性,各种各样的伯胺可以在置换工序中使用这样的条件,可能需要进行优化,以提高耦合艾菲效率和整体产物收率或纯度。31对于上面所讨论的序列,没有特别的条件是必要的成功联接。然而,也可使用较长的位移倍或更高的胺浓度为有问题的位移( 即 ,为不良亲核或空间庞大的胺)。一些胺可以不在DMF完全溶解,在这种情况下,建议以溶解这些在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP),或用于固相反应的其它合适的溶剂,而不是如在submonomer合成先前综合方法的拟肽。32为了将包含在侧链中未受保护的杂原子的单体,使用氯乙酸乙酰已被证明是由其它基团有效的。33此外,其它树脂可以与该方法中使用以产生具有不同的C末端官能拟肽。王树脂和2-氯三苯甲基氯树脂的常规使用submonomer合成拟肽的。例如,该方法已成功地用2-氯三苯甲基氯树脂中的组使用。2不同固体载体将需要不同的加载过程到Rink酰胺这里讨论(取决于所使用的特定树脂),所以这应该与文献进行检查之前的合成。
类似于肽合成,对于拟肽关闭树脂的最终裂解的条件,也可以为特定的序列的优化。在这个协议中,为TFA裂解混合物,使用(用三异丙基硅烷和水作为清除剂)。这里介绍的拟肽仅含有的Boc保护这是一个合理的酸不稳定基团。以确保序列的完全脱保护以保护残基或酸以下不稳定的保护基团的比例更大,更长的切割时间可能是必要的( 即 ,超过2小时裂解倍推荐用于包含了Pbf或叔府序列TYL酯保护组)。替代清除剂也可用于专门侧链(例如,乙二硫醇或2-巯基乙醇在具有含硫侧链的像半胱氨酸或甲硫氨酸的肽经常使用)。
提出的生物测定是一个标准的细胞毒性试验,可以被改变以适应不同的细胞系。要注意,每个96孔板应包含足够的控制,以允许在所得到的结果的可信度是很重要的。在这种情况下,两性霉素B被用作阳性对照,因为它是用于治疗疾病的已知药物和DMSO用作阴性对照,因为这是用于制造化合物股用于测定的溶剂。如果正在使用其它细胞系,替代方案中,适当的控制,应获得并在使用前进行验证。L.墨西哥是在100和2μm之间的浓度拟肽培养一小时,然后在寄生虫/拟肽溶液是通过稀释十过夜培养的因素( 即井最初与100μM拟肽股票稀释到10微米)。
细胞活力试剂在测定结束时加入到各孔(总井体积的10%)。可见的颜色变化见过活寄生虫(粉红色),对照孔没有活寄生虫(蓝色)和活寄生虫的中间数之间的频谱井之间。荧光正比于活细胞的数目,并对应于该细胞的代谢活性;刃天青染料(非荧光)通过还原反应在代谢活性细胞转化成荧光试卤灵。34在该试验中,培养时间与细胞活力试剂已为L.优化墨西哥 。与存活率试剂将用于板发生变化的温育时间接种在不同的细胞浓度或者与不同的细胞系(例如,也可使用这种方法与哺乳动物细胞)。取决于所用的确切板读数器,考虑需要采取荧光测量之前进行。在井的任何气泡应去掉,以确保可采取准确的读数。一些板的读者从板的底部,在这种情况下,平底96孔板应使用读取。其他机器可从板的顶部阅读,所以该板的盖子应该测量前被移除。
最后,在将来,这种协议可以用自动化合成仪,其能够在平行使得许多序列兼容。此外,环状拟肽的合成,也可以使用这种方法。该协议应当提供与该可用来访问新颖拟肽支架与两个赖氨酸和精氨酸型单体,其可以是用在许多应用中,包括材料或药物领域的实用合成方法的研究。
The authors have nothing to disclose.
我们感谢工程和物理科学研究理事会(EPSRC)的资助(HLB)。此过程的拍摄过程中我们也感谢诗丽黛玮·阿雅潘Maalika Ramanoudjame对她的帮助。
Polypropylene solid phase extraction cartridges with two frits | Crawford Scientific | 12131017 and 12131015 | 20 mL and 6 mL cartridges used in this preparation |
Trifluoroacetic acid | Tokyo Chemical Industry (Europe) | T0431-100g | >98%; CAUTION can cause severe burns and respiratory irritation |
N-N'-diisopropylcarbodiimide | Sigma Aldrich | 38370-100ML | >98%; CAUTION hazardous to eyes, skin and via respiratory inhalation, may also cause sensitisation |
Dimethylformamide | Fischer Scientific | 10346180 | HPLC grade; CAUTION suspected teratogen |
Acetonitrile | Fischer Scientific | 10407440 | HPLC grade |
Dichloromethane | Fischer Scientific | 10354263 | 99.8%; CAUTION suspected carcinogen |
Bromacetic acid | Sigma Aldrich | 17000-100G | >99%; ; CAUTION causes burns and hazardous to skin, eyes and respiratory tract |
(S)-(-)-alpha methylbenzylamine | Sigma Aldrich | 115568-100G | 98%; CAUTION harmful if swallowed, toxic in contact with skin, causes severe skin burns and eye damage, used to synthesise the Nspe monomer |
N-Boc 1,4 diaminobutane | Tokyo Chemical Industry (Europe) | A1373-25g | >98%; CAUTION causes severe skin burns and eye damage, used to synthesise the NLys monomer |
N-Boc 1,2 diaminoethane | Tokyo Chemical Industry (Europe) | A1371-25g | >97%; CAUTION causes severe skin burns and eye damage, used to synthesise the Nae monomer |
1,2 diaminobutane | Sigma Aldrich | D13208-100G | 99%; CAUTION flammable liquid and vapour, harmful if swallowed or inhaled, toxic in contact with skin, causes severe skin burns and eye damage, used in the synthesis of the NhArg monomer |
1,4 diaminoethane | Sigma Aldrich | 03550-250ML | >99.5%; CAUTION flammable liquid and vapour, harmful if swallowed or inhaled, toxic in contact with skin, causes severe skin burns and eye damage, used in the synthesis of the NnArg monomer |
1H-pyrazole-1-carboxamidine HCl | Sigma Aldrich | 402516-10G | as HCl salt; CAUTION harmful if swallowed and may cause an allergic skin reaction, causes serious eye damage |
Hydrazine monohydrate | Sigma Aldrich | 207942-5G | reagent grade; CAUTION suspected carcinogen, fatal if inhaled and causes severe burns to skin and eyes |
2-acetyl dimedone | Novabiochem | 8510150005 | Dde-OH |
Rink Amide resin | Novabiochem | 8551190005 | 100-200 mesh, high loading |
Piperidine | Sigma Aldrich | 411027-1L | >99.5%, a controlled substance, so adequate permission must be obtained before purchase; CAUTION highly flammable liquid and vapour, harmful if swallowed and toxic in contact with skin or if inhaled, causes severe skin burns and eye damage, harmful to aquatic life with long lasting effects |
Triisopropylsilane | Sigma Aldrich | 233781-50G | 98%; CAUTION flammable liquid and vapour, causes skin irritation and serious eye irritation |
alamarBlue | ThermoFischer | DAL1025 | Not classified as hazardous |
Schneider's Insect Medium | Sigma Aldrich | S9895-1L | Powdered, medium must be made prior to use following manafacturers instructions; allow to warm to room temperature before use in biological assays |
96 well plates | VWR | 734-1793 | Flat bottom (to allow fluorescence measurement from the bottom), tissue-culture treated |
Solvent reservoirs | VWR | 613-1182 | Used with multi channel pipette |
Multi channel pipette | Eppendorf | 3122000043 | |
Pipette tips | Starlab Group | S1111-3810, S1113-1810, S1111-6810 | Volume of tip dependent on pipette used. 10 µL, 10 – 200 µL and 1000 µL recommended for assays |
25 cm3 cell culture flasks | VWR | 734-2312 | |
50 mL centrifuge tubes | VWR | 525-0791 | |
dimethylsulphoxide (molecular biology grade) | Sigma Aldrich | D8418-50ML | Not classified as hazardous |
Heat Inactivated Fetal Bovine Serum | ThermoFischer | 10082139-100mL | Gibco |
Penicillin/Streptomycin | ThermoFischer | 15140148-20mL | Abbreviation: P/S |
Amphotericin B | Sigma Aldrich | 46006-100mg | Amphotericin B trihydrate, VetranalTM analytical standard |