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.
Пептоиды (или поли N -замещенные глицинов) представляют собой класс пептидных миметиков , которые предлагают свойства , аналогичные свойствам пептиды и как таковые все чаще исследованных в лечебных и материалов применений. В пептидах, боковая цепь каждой аминокислоты соединяется с альфа-углеродом амидной цепи; в пептоиды боковые цепи сдвинуты на атоме азота позвоночника. Важно отметить, что это дает Пептоиды большую устойчивость к протеолизу.
Пептоиды обычно синтезируют с использованием метода submonomer начатую Цукермана и др., Где Пептоидные мономеры могут быть построены путем последовательной haloacetylation из с функциональностью амина , прилипшего к твердому носителю , и последующее замещение галогена с использованием первичного амина. 1 Наша группа недавно разработала адаптация к этому методу submonomer, чтобы позволить lysine- и аргинином типа Пептоидные остатки должны быть включены в тот же пептоидной последовательности для FIRST время. 2 Данное руководство твердофазный подход к пептоидной синтез использует коммерчески доступные реагенты и общее лабораторное оборудование, что делает его доступным для большинства лабораторий. Пептоиды было показано, что перспективные мероприятия в отношении широкого спектра грамотрицательных бактерий, грамположительных бактерий и видов грибов, которые сопоставимы с многими известными антимикробными пептидами. 3-9
В нашей работе Пептоиды были использованы в качестве новых противоинфекционных соединений для лечения лейшманиоза забытой тропической болезни. 5,10 лейшманиоз является эндемическим заболеванием в более чем 80 странах по всему миру , и предполагается , что более 12 миллионов человек во всем мире инфицированы. 11 заболевание вызывается простейшими паразитами, которые передаются через укусы москитов в. видов Leishmania может вызвать кожный лейшманиоз, условие , которое приводит к образованию рубцов и повреждения слизистых оболочек, или угрожающих жизни висцерального леяhmaniasis, что вызывает фатальное повреждение органа. Ни одна вакцина не является в настоящее время для этого заболевания, и существующие методы лечения полагаются на небольшое количество лекарств, которые имеют серьезные побочные эффекты. Кроме того, устойчивость к существующим лекарственным средствам является новой и серьезной проблемой , так что новые методы лечения крайне необходимы для эффективного лечения лейшманиоза в будущем. 12-16
В этих противомикробных применений, Пептоиды часто предназначены , чтобы быть амфипатический смесью катионных и гидрофобных мономеров. 3,4 Это может дать Пептоиды степень селективности по отношению к бактериальным клеткам снижают токсичность по отношению к клеткам млекопитающих, а также улучшить их активность в качестве молекулярных переносчиков . 17-20 большинство противоинфекционных пептоиды в литературе содержат катионные боковые цепи , которые являются исключительно состоящие из аминокислот либо функционализированный мономеров лизина типа или остатков аргинина типа. Пептид-Пептоидные химеры, где катионные цепи состоят из аМино кислоты лизин или аргинин, также были синтезированы с целью изучения влияния катионных групп по активности и токсичности. 21-25
Поли-лизин Пептоиды могут быть легко синтезированы с использованием коммерчески доступных Вос-защищенные амины. Поли-аргинином Пептоиды сообщили могут быть получены с использованием способа , который использует пиразол-1-карбоксамидин в качестве guanidinylation агента. 18 Тем не менее, это может быть проведена только после того, как пептоидной было отщепляют от смолы и защиты Вос на боковых цепей удалены, так каждый лизин-типа остаток в пределах последовательности, превращается в остаток аргинина. В попытке выполнить точную настройку химические и биологические свойства соединений, мы разработали метод , который позволяет двойную функциональность катионный (например, N и N Lys Arg) , которые будут включены в любой последовательности пептоидной впервые. 2
Здесь мы описываем синтеза, очистки и характеристики ТВто новые Пептоиды, которые содержат как lysine- и аргинин типа остатков в той же последовательности. Метод использует ортогональные N Бок и N -Dde защиты на смоле с пиразол-1-карбоксамидин в качестве реагента guanidinylation. Биологическая оценка этих пептоиды также описана в цитотоксичности против Leishmania Mexicana, возбудитель кожного лейшманиоза. Это обеспечивает практический метод, чтобы получить доступ к Пептоиды с двойной функциональностью катионного и для оценки их биологической активности. Ожидается, что этот метод будет способствовать синтез амфипатическими пептоиды путем пептоидной сообщества в будущем.
Пептоиды все чаще изучаются в химической биологии и лекарственных областях химии в таких областях применения , как новой терапии 3-5, их доставка агентов 18,20 и диагностические средства. 29 Как правило, эти последовательности являются катионными , чтобы обеспечить определенную степень селективности по отношению к патогену над клетки млекопитающих, способность проникать через клеточные мембраны, а также способствовать растворимости в водных системах. Существуют многочисленные примеры катионных пептоиды, которые содержат исключительно lysine- или аргинин-миметик остатки в литературе. Тем не менее, на сегодняшний день, синтез пептоиды, которые содержат оба этих катионных остатков в той же последовательности, было затруднено из-за отсутствия подходящей методики синтеза. Протокол, описанный здесь, позволяет смешанные катионные Пептоиды синтезироваться эффективным образом и весьма желательно, так как он предлагает маршрут модулировать биологические и химические свойства амфипатическими пептоиды.
нт "> Наш метод использует приспособление к обычно используемым submonomer синтеза пептоидной и допускает добавление как lysine- и аргинином типа мономеров в пределах той же последовательности. Он использует температуры в помещении, в муфтах и установили защитную группу химии, так что ожидается, что этот метод будет полезен для большинства исследовательских групп. Чтобы добавить ортогональную защиту остатка аргинина типа, незащищенная диамина добавляют при стандартных условиях замещения, а затем защищенный в 60-минутной сопряжении с Dde-ОН. разнообразие диаминов могут быть используется , которая позволяет боковые цепи от 2 до 6 углеродных атомов углерода длиной быть установлен, то есть 1,2-диаминоэтаном до 1,6-диаминогексана соответственно. защитную Dde-ОН хорошо растворяется в ДМФА , и является очень эффективным и избирательным защитную группу для первичные амины. группа Dde защита оставляет вторичные амины не зависит, например, незащищенного N – конец цепи пептоидной. 30 Одно ограничение заключается в том , что все синДиссертация была проведена вручную; Тем не менее, предполагается, что условия сопряжения, разработанные делают метод поддающийся для использования с автоматизированными пептид / пептоидной синтезаторах.На смоле Удаление защитной группы из ДДЭ-групп осуществляется с использованием 2% -ного раствора гидразина в ДМФ, чтобы оставить свободные амины, которые могут быть guanidinylated на смоле с использованием пиразол-1-карбоксамидин. Шесть эквивалентов пиразол-1-карбоксамидин и шесть эквивалентов DIPEA используют на свободный амин на смоле (например, шесть эквивалентов для каждого типа мономера N Arg быть установлен). Опять же, эта реакция является также эффективным и реагент пиразол-1-карбоксамидин имеет хорошую растворимость в DMF. По завершении реакции, как правило, рассматривается с помощью ЖХ-МС, после того, как 60 минут при комнатной температуре.
Благодаря универсальности метода submonomer, большое разнообразие первичных аминов могут быть использованы на этапе перемещения таким образом условия, возможно, должны быть оптимизированы для увеличения сцепления Эффитивности и общий выход продукта или чистота. 31 Для последовательностей , описанных выше, никаких особых условий не были необходимы для успешных соединений. Тем не менее, более длительное время перемещения или более высокие концентрации амина , могут быть использованы для проблематичных перемещений (т.е. для слабонуклеофильной или стерически громоздких амины). Некоторые амины не могут быть полностью растворимы в ДМФА, в этом случае рекомендуется , чтобы растворить их в N – метил-2-пирролидон (NMP), или других подходящих растворителей для твердофазных реакций , вместо того, чтобы, как и в предыдущем комплексного метода синтеза submonomer из пептоиды. 32 , чтобы включать мономеры, содержащие незащищенные гетероатома в боковых цепях, ацетилирование с использованием хлоруксусной кислоты , как было показано , чтобы быть эффективными другими группами. 33 Кроме того, другие смолы могут быть использованы с этим методом , чтобы получить Пептоиды с различным C Концевая функционализации. Ван смол и 2-хлортритильной хлоридные смолы обычно используются вsubmonomer синтез пептоиды. Например, этот метод был успешно использован с 2-хлортритильной хлорида смолы в нашей группе. 2 Различные твердые носители потребуется другой процедуры загрузки для Ринк Амид обсуждается здесь ( в зависимости от конкретной используемой смолы) , так что это должно быть проверено с литературой перед синтезом.
Подобно пептидного синтеза, условия для окончательного расщепления пептоидной выключения смолы также могут быть оптимизированы для конкретной последовательности. В этом протоколе, спайности коктейль ТФУ использовали (с триизопропилсилана и воды в качестве поглотителей). В Пептоиды, представленные здесь содержали только защиту Вос, которая является разумной кислотно-лабильную группу. Для того, чтобы обеспечить полное удаление защитных групп последовательностей с большей долей защищенных остатков или меньше кислоты лабильной защитной группы, более длительное время расщепления может быть необходимо (например, раз спайности свыше 2 часов , рекомендуются для последовательностей , которые содержат PBF или трет-BUТыл эфир защищенные группы). Альтернативные акцепторы могут также быть использованы для специализированных боковых цепей (например, этандитиол или 2-меркаптоэтанол, часто используются в пептиды, которые имеют серусодержащих боковые цепи, такие как цистеин или метионин).
Биологический анализ представлен стандартный тест на цитотоксичность, который может быть изменен, чтобы удовлетворить различные клеточные линии. Важно отметить, что каждый из 96-луночный планшет должен содержать достаточное количество элементов управления, чтобы обеспечить уверенность в полученных результатах. В этом случае, амфотерицин В используется в качестве положительного контроля, как это известный препарат, используемый для лечения заболевания и ДМСО используют в качестве отрицательного контроля, поскольку это растворитель, используемый, чтобы сделать растворы соединений для анализа. Если используются другие клеточные линии, альтернативные, подходящие средства управления должны быть получены и проверены перед использованием. Л. Mexicana инкубируют с пептоидной при концентрациях от 100 до 2 мкМ в течение одного часа, а затем паразит / пептоидной раствор разбавляетсяв десять раз в течение инкубации в течение ночи (т.е. скважины первоначально с 100 мкМ пептоидной запаса разбавляют до 10 мкМ).
Реагент жизнеспособность клеток добавляют в каждую лунку (10% от общего объема скважины) в конце анализа. Видимое изменение цвета наблюдается между скважинами с жизнеспособных паразитов (розовый), контрольные лунки без каких-либо жизнеспособных паразитов (синий) и спектра между промежуточными числом жизнеспособных паразитов. Флуоресценции пропорциональна числу живых клеток и соответствует метаболической активности клеток; ресазурина краситель (нефлуоресцирующего) преобразуется в флуоресцентном ресоруфина путем реакций восстановления в метаболически активных клетках. 34 В этом анализе время инкубации с реагентом жизнеспособность клеток была оптимизирована для L. Mexicana. Инкубационные раз с жизнеспособностью реагента будет изменяться для пластин высевали при различных концентрациях клеток или с различными клеточными линиями (например, этот метод также может быть использованс клетками млекопитающих). В зависимости от конкретного используемого ридере, соображения должны быть сделаны прежде, чем измерения флуоресценции принимаются. Любые пузырьки воздуха в скважинах должны быть удалены, чтобы обеспечить точные показания могут быть приняты. Некоторые читатели пластины считывают из нижней пластин, и в этом случае плоскодонных 96-луночных планшетах должны быть использованы. Другие машины могут читать из верхней части пластины, так что крышка пластины должна быть удалена перед измерением.
И, наконец, в будущем, этот протокол может быть совместима с автоматизированным синтезаторов, которые способны сделать много последовательностей параллельно. Кроме того, синтез циклических пептоиды также возможно с использованием этого метода. Этот протокол должен обеспечить исследователей практической методики синтеза, которые могут быть использованы для получения доступа к новым пептоидной подмости с обеих lysine- и аргинином типа мономеров, которые могут быть полезными во многих областях применения, в том числе материалов или лекарственных полей.
The authors have nothing to disclose.
Мы благодарим инженерных и физических наук исследовательский совет (EPSRC) для финансовой поддержки (HLB). Мы также благодарим Sridevi Maalika Ramanoudjame за помощь во время съемок этой процедуры.
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 |