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.
Peptoids (أو بولي N -substituted glycines) هي فئة من الببتيد محاكيات التي تقدم خصائص مشابهة لالببتيدات وعلى هذا النحو بشكل متزايد يجري التحقيق للتطبيقات الطبية والمواد. في الببتيدات، يتم توصيل سلسلة جانب كل من الأحماض الأمينية إلى α الكربون من العمود الفقري أميد. في peptoids وتحول السلاسل الجانبية على ذرة النيتروجين من العمود الفقري. بشكل حاسم، وهذا يعطي peptoids أكبر على مقاومة التحلل البروتيني.
وعادة ما توليفها Peptoids باستخدام طريقة submonomer رائدها Zuckermann وآخرون، حيث أحادية peptoid يمكن بناؤها من قبل haloacetylation متتابعة من ظيفة أمين تعلق على دعم قوي والتشريد لاحق من الهالوجين باستخدام أمين الابتدائي. 1 مجموعتنا طورت مؤخرا على التكيف مع هذه الطريقة submonomer للسماح lysine- وأرجينين من نوع المخلفات peptoid التي ستدرج ضمن نفس تسلسل peptoid لوأوال الوقت. 2 هذا النهج الصلبة مرحلة اليدوي لpeptoid التوليف يستخدم الكواشف المتاحة تجاريا ومعدات المختبرات المشتركة، مما يجعلها في متناول غالبية المختبرات. وقد ثبت Peptoids أن الأنشطة الواعدة ضد طائفة واسعة من البكتيريا سالبة الجرام، غرام الأنواع البكتيرية والفطرية الإيجابية التي يمكن مقارنتها مع العديد من الببتيدات المضادة للميكروبات المعروفة 3-9
في عملنا، وقد استخدمت peptoids كما مركبات جديدة المضادة للعدوى للعلاج من داء الليشمانيات أمراض المناطق المدارية المهملة. 5،10 داء الليشمانيات متوطن في أكثر من 80 بلدا في جميع أنحاء العالم، وتشير التقديرات إلى أن أكثر من 12 مليون شخص مصابون على مستوى العالم. (11) ويتسبب المرض عن طريق الطفيليات التي تنتقل عن طريق لدغة ذبابة الرمال. أنواع الليشمانيا يمكن أن يسبب داء الليشمانيات الجلدي، شرط أن يؤدي الى ظهور ندوب والأضرار التي لحقت الأغشية المخاطية، أو ايس الحشوية التي تهدد الحياةhmaniasis، والذي يسبب تلف الجهاز قاتلة. لا يوجد لقاح متاح حاليا لهذا المرض والعلاجات الراهنة تعتمد على عدد قليل من الأدوية التي لها آثار جانبية خطيرة. وبالإضافة إلى ذلك، مقاومة للعقاقير الحالية هي مشكلة الناشئة وخطيرة وهناك حاجة إلى علاجات جديدة بأمس لعلاج داء الليشمانيات فعال في المستقبل. 12-16
في هذه التطبيقات المضادة للميكروبات، وغالبا ما يتم تصميم peptoids أن تكون متقابلة الزمر بمزيج من الموجبة ومونومرات مسعور. 3،4 وهذا يمكن أن تعطي peptoids درجة من الانتقائية تجاه الخلايا البكتيرية، والحد من سمية للخلايا الثدييات، وتحسين نشاطهم كما نقل الجزيئية . 17-20 الغالبية العظمى من peptoids المضادة للعدوى في الأدب تحتوي على سلاسل الجانب الموجبة التي تتألف حصرا إما الأمينية functionalized أحادية يسين من نوع أو أرجينين من نوع المخلفات. الوهم الببتيد peptoid، حيث تتكون سلاسل الموجبة لللمينو الأحماض يسين أو أرجينين، كما تم تصنيعه لدراسة تأثير الجماعات الموجبة على النشاط وسمية 21-25
peptoids بولي يسين يمكن توليفها بسهولة باستخدام المتاحة تجاريا الأمينات بوك المحمية. ذكرت وpeptoids بولي أرجينين يمكن أن يتم باستخدام الطريقة التي يستخدم بيرازول-1-carboxamidine كعامل guanidinylation. 18 ومع ذلك، هذا لا يمكن إلا أن تضطلع بعد أن تم المشقوق وpeptoid من الراتنج وحماية بوك على السلاسل الجانبية إزالتها، وذلك يتم تحويل كل يسين من نوع بقايا ضمن تسلسل إلى بقايا أرجينين. في محاولة لضبط الخصائص الكيميائية والبيولوجية للمركبات، وضعنا طريقة تسمح وظيفة الموجبة مزدوجة (على سبيل المثال، N اليس وN الارجنتين) ليتم تضمينها في أي تسلسل peptoid تعطى للمرة الأولى. 2
هنا، نحن تصف التوليف، وتنقية وتوصيف TWس peptoids الرواية التي تحتوي على كل lysine- وأرجينين من نوع المخلفات في نفس تسلسل. يستخدم الأسلوب متعامد N -Boc وN -Dde الحماية على راتنج مع بيرازول-1-carboxamidine بمثابة كاشف guanidinylation. يوصف التقييم البيولوجي لهذه peptoids أيضا في المقايسات السمسة ضد الليشمانية المكسيكية، العامل المسبب لداء اللايشمانيا الجلدي. وهذا يوفر وسيلة عملية للوصول إلى peptoids مع وظيفة الموجبة المزدوجة وتقييم النشاط البيولوجي. ومن المتوقع أن هذه الطريقة سوف تساعد تركيب peptoids متقابلة الزمر من قبل المجتمع peptoid في المستقبل.
يتزايد درس Peptoids داخل البيولوجيا الكيميائية وحقول الكيمياء الطبية في تطبيقات مثل علاجات جديدة 3-5، وكلاء تسليم خلية 18،20 وأدوات التشخيص. 29 عادة، وهذه السلاسل هي الموجبة لتوفير قدر من الانتقائية لالممرض على خلايا الثدييات، والقدرة على اختراق أغشية الخلايا، وكذلك مساعدة الذوبان في النظم المائية. وهناك العديد من الأمثلة على peptoids الموجبة التي تحتوي على بقايا lysine- أو أرجينين المحاكاة فقط في الأدب. ومع ذلك، حتى الآن، فقد تأخر تركيب peptoids التي تحتوي على كل من هذه المخلفات الموجبة في نفس تسلسل عدم وجود إجراءات الاصطناعية مناسبة. بروتوكول صفها هنا يسمح peptoids الموجبة المختلطة إلى أن توليفها بطريقة فعالة وغير مرغوب فيه للغاية، حيث أنها توفر طريقا لتعديل الخصائص البيولوجية والكيميائية للpeptoids متقابلة الزمر.
الإقليم الشمالي "> يستخدم أسلوب لدينا على التكيف مع التوليف peptoid submonomer شائعة الاستخدام ويسمح بإضافة كلا أحادية lysine- وأرجينين من نوع في نفس التسلسل. ويستخدم وصلات درجة حرارة الغرفة، وأنشأ حماية الكيمياء مجموعة بحيث من المتوقع أن هذه الطريقة سوف يكون من المفيد بالنسبة لغالبية المجموعات البحثية لإضافة حماية المتعامدة للأرجينين من نوع بقايا، يتم إضافة ديامين دون وقاية في ظل ظروف النزوح القياسية ثم محمية في اقتران لمدة 60 دقيقة مع DDE-OH. مجموعة متنوعة من diamines يمكن أن يكون تستخدم والذي يسمح السلاسل الجانبية من 2 إلى 6 الكربون الكربون طويلة ليتم تثبيتها، أي 1،2-diaminoethane إلى 1،6 diaminohexane على التوالي، وحماية DDE-OH يذوب جيدا في DMF وهي مجموعة فعالة جدا وانتقائية حماية ل الأمينات الأولية. يترك المجموعة DDE حماية الأمينات الثانوية تتأثر، على سبيل المثال، محطة N غير المحمية من سلسلة peptoid 30 واحد الحد هو أن جميع اصطناعيأجري أطروحة يدويا. ومع ذلك، فمن المتوقع أن الظروف اقتران المتقدمة تجعل طريقة قابلة للاستخدام مع الببتيد / تخليق peptoid الآلي.والاضطلاع على الراتنج deprotection من DDE الجماعات باستخدام محلول الهيدرازين 2٪ في DMF إلى ترك الأمينات الحرة التي يمكن guanidinylated على الراتنج باستخدام بيرازول-1-carboxamidine. وتستخدم ستة حكمه من بيرازول-1-carboxamidine وستة في حكمه من DIPEA في الأمينات الحرة على الراتنج (أي ستة المعادل لكل نوع مونومر N الارجنتين ليتم تثبيتها). مرة أخرى، هذا التفاعل هو أيضا كفاءة وكاشف بيرازول-1-carboxamidine ديه القابلية للذوبان جيد في DMF. وعادة ما ينظر إلى الانتهاء من رد فعل عن طريق LC-MS بعد 60 دقيقة في درجة حرارة الغرفة.
نظرا لبراعة الأسلوب submonomer، ومجموعة متنوعة واسعة من الأمينات الأولية يمكن أن تستخدم في خطوة النزوح حتى قد تحتاج الظروف أن يكون الأمثل لزيادة اقتران ايفيالمشمول وعائدات المنتج الشاملة أو النقاء. 31 لمتواليات التي نوقشت أعلاه، لم تكن هناك أية شروط خاصة اللازمة لصلات ناجحة. ومع ذلك، مرة النزوح أطول أو تركيزات أمين أعلى يمكن أن تستخدم إزاحة إشكالية (أي لالأمينات أليفة النواة أو ضخمة sterically سيئة). قد لا تكون بعض الأمينات القابلة للذوبان تماما في DMF، وفي هذه الحالة ينصح بحل هذه في N -methyl-2-pyrrolidone (NMP)، أو غيرها من المذيبات المناسبة للتفاعلات المرحلة الصلبة بدلا من ذلك كما هو الحال في أسلوب شامل السابق لتخليق submonomer من peptoids 32 لدمج مونومرات التي تحتوي على ذرة غير متجانسة غير المحمية في السلاسل الجانبية، أستلة باستخدام حمض الكلوروأسيتيك وقد تبين أن تكون فعالة من قبل جماعات أخرى. 33 وبالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام راتنجات أخرى مع هذه الطريقة لانتاج peptoids مع مختلف functionalization C محطة. وانغ الراتنج وتستخدم راتنجات كلوريد 2-chlorotrityl بشكل روتيني فيالتوليف submonomer من peptoids. على سبيل المثال، تم استخدام هذا الأسلوب بنجاح مع راتنج كلوريد 2-chlorotrityl في مجموعتنا. و2 دعامات مختلفة الصلبة تتطلب إجراء تحميل مختلف لمناقشته تزلج أميد هنا (هذا يعتمد على الراتنج المحددة المستخدمة) لذلك هذا يجب أن يتم التحقق مع الأدب قبل التوليف.
على غرار الببتيد التوليف، والظروف للانشقاق النهائي من الراتنج peptoid قبالة يمكن أيضا أن يكون الأمثل لتسلسل معين. في هذا البروتوكول، تم استخدام الانقسام كوكتيل TFA (مع triisopropylsilane والمياه كما الزبالين). وpeptoids المقدمة هنا احتوت فقط حماية بوك وهي مجموعة عطوب الحمضية بشكل معقول. لضمان deprotection كاملة من متواليات مع نسبة أكبر من مخلفات المحمية أو أقل حمض حماية عطوب مجموعات، مرة انشقاق أطول قد تكون ضرورية (أي، ينصح مرات الانقسام ما يزيد على 2 ساعة لمتواليات التي تحتوي على PBF أو العالي-بوTYL استر الجماعات المحمية). ويمكن أيضا أن الزبالين بديلة يمكن استخدامها لسلاسل الجانب المتخصصة (على سبيل المثال، ethanedithiol أو 2 المركابتويثانول غالبا ما تستخدم في الببتيدات التي تحتوي على الكبريت السلاسل الجانبية مثل السيستين أو الميثيونين).
الفحص البيولوجي قدم هو اختبار السمية الخلوية القياسية والتي يمكن تغييرها لتتناسب مع خطوط مختلفة من الخلايا. من المهم أن نلاحظ أن كل لوحة 96-جيدا وينبغي أن تتضمن ضوابط كافية للسماح الثقة في النتائج التي تم الحصول عليها. في هذه الحالة، يتم استخدام الأمفوتريسين B كعنصر تحكم إيجابية كما هو دواء معروف يستخدم لعلاج المرض، ويستخدم DMSO كعنصر تحكم السلبية لأن هذا هو مذيب يستخدم لصنع أسهم مجمع للفحص. إذا كان يتم استخدام خطوط الخلايا الأخرى، ينبغي الحصول البديلة، والضوابط المناسبة والتحقق من صحتها قبل الاستخدام. L. وحضنت المكسيكية مع peptoid بتركيزات تتراوح بين 100 و 2 ميكرومتر لمدة ساعة واحدة، ثم يتم تخفيف الطفيلي / حل peptoid بواسطةعامل عشرة للحضانة بين عشية وضحاها (أي الآبار في البداية مع 100 ميكرومتر الأسهم peptoid مخففة إلى 10 ميكرومتر).
يتم إضافة كاشف بقاء الخلية على كل جانب (10٪ من إجمالي حجم جيد) في نهاية الفحص. وينظر الى تغير لونها واضح بين الآبار مع الطفيليات قابلة للحياة (وردي)، آبار المراقبة مع عدم وجود الطفيليات قابلة للحياة (الأزرق) وطيف واسع بين بأرقام المتوسطة من الطفيليات قابلة للحياة. مضان يتناسب مع عدد من الخلايا الحية ويتوافق مع النشاط الأيضي للخلايا. يتم تحويل ريسازورين صبغ (غير فلوري) إلى resorufin الفلورسنت من خلال ردود الفعل انخفاض في خلايا نشطة عملية الأيض. 34 في هذا الاختبار، وقد تم تحسين فترة حضانة مع كاشف بقاء الخلية لL. المكسيكية. حضانة مرات مع كاشف الجدوى سوف تختلف عن لوحات المصنفة في تركيزات مختلفة من الخلايا أو مع خطوط مختلفة من الخلايا (على سبيل المثال يمكن أيضا استخدام هذا الأسلوبمع خلايا الثدييات). تعتمد على قارئ لوحة المحدد المستخدمة، يجب القيام بها قبل اتخاذ القياسات مضان الاعتبارات. يجب إزالة أي فقاعات الهواء في الآبار لضمان قراءات دقيقة يمكن اتخاذها. بعض القراء لوحة قراءة من الجزء السفلي من لوحات، وفي هذه الحالة القاع المسطح ينبغي أن تستخدم 96 لوحات جيدا. أجهزة أخرى قد يقرأ من الجزء العلوي من لوحة، لذلك يجب إزالة غطاء لوحة قبل القياس.
وأخيرا، في المستقبل، قد يكون هذا البروتوكول متوافق مع المزج الآلي التي هي قادرة على صنع العديد من تسلسل في نفس الوقت. بالإضافة إلى ذلك، توليف peptoids دوري من الممكن أيضا استخدام هذا الأسلوب. هذا البروتوكول ينبغي أن توفر للباحثين إجراء الاصطناعية العملي التي يمكن استخدامها للوصول إلى السقالات peptoid جديدة مع كل من lysine- وأرجينين من نوع أحادية، والتي قد تكون مفيدة في العديد من التطبيقات، بما في ذلك المواد أو المجالات الطبية.
The authors have nothing to disclose.
نشكر مجلس الهندسة والعلوم الفيزيائية البحوث (EPSRC) للحصول على الدعم المالي (HLB). كما نشكر سريديفي Maalika Ramanoudjame لتقديم المساعدة لها أثناء تصوير هذا الإجراء.
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 |