합성 및 특성 1, 2-Dithiolane의 수정 자가 조립 펩 티 드
Summary
1, 2-dithiolane의 합성에 대 한 프로토콜 펩 티 드와 펩 티 드에서 자기 조립 결과 supramolecular 구조의 특성 수정.
Abstract
이 보고서는 N-터미널 1, 2-dithiolane의 합성에 초점을 맞추고 수정 자가 조립 펩 티 드 및 그 결과의 특성은 자기 supramolecular 구조를 조립. 합성 경로 dithiolane 선구자 분자, 3-(acetylthio)-2의 수 지에 결합 된 단단한 단계 펩 티 드 종합의 이용-(acetylthiomethyl) propanoic 산, 그리고 전자 레인지를 이용한 thioacetate는 펩 티 드의 deprotection 1, 2-dithiolane를 수 지에서 최종 분열 하기 전에 N-말단 펩 티 드를 수정. 1, 2-dithiolane 펩타이드, Alzheimer의 질병과 관련 된 Aβ 펩 티 드의 nucleating 코어에서 파생 된의 고성능 액체 크로마토그래피 (HPLC) 정화 후 펩 티 드 크로스-β 녹말 체 섬유에 조립 자체에 표시 됩니다. 푸리에 변환 적외선 분광학 (IR FT), 원형이 색 성 분광학 (CD) 및 전송 전자 현미경 (TEM) 녹말 체 섬유의 특성 프로토콜 표시 됩니다. 잘 특징이 자가 조립 펩 티 드를 1, 2 dithiolane moiety와 N 맨끝 수정 방법 지금 모델 시스템 조립 후 수정 전략을 개발 하 고에 동적 공유 화학 탐험 탐험 하실 수 있습니다. supramolecular 펩타이드 nanofiber 표면입니다.
Introduction
단단한 단계 펩 티 드 합성에 참여 하는 강력한 펩 티 드 결합 형성 화학 고 제어 시퀀스 길이 구성 능력 자체는 무 겁 게 연구 분야 supramolecular 구조로 조립 펩 티 드. 펩타이드 자기 조립된 구조, 입체 사이드 체인을 포함 하 여 있고 정전기 상호 작용, 수소 결합, 소수 성 효과1, 안정화 및 제어 하는 요소는 디자인 규칙의 집합으로 제공 합니다. 이러한 기본적인 디자인 규칙에 대 한 연구 진행을 계속, 펩 티 드에 논리적인 다음 단계 자기 조립 포함 한다 펩 티 드 기반 구조와 기능의 다양성을 확대. 펩 티 드를 자체 조립 하는 동안은 많은 생물 의학 응용 프로그램에 대 한 펩 티 드 순서 또는 어셈블리 조건2,3,4, 개발 전략을 조정 하 여 사용 된 다양 한 소재 펩 티 드 nanofibers5,6,7,,89 조립 후 수정 상대적으로 미개척된 지역에 남아 있다.
Supramolecular 구조의 표면에 동적 이황화 exchange thiol 화학 잠재력이 새로운 고 기능성 바이오 소재를 하나의 영역입니다. Liposome 시스템10,11, 블록 공중 합체12,13에서 것과 같이 1, 2 dithiolane moieties (일반적으로 리 포 산 (la) 또는 asparagusic 산 (aa)의 파생)의 보고 표면14,15에서 앵커를 조직. 여기, 우리 보고 합성과 자기 조립 펩 티 드에는 N-1, 2-dithiolane 기능 그룹16, 수정 된 Alzheimer의 질병과 관련 된 Aβ 펩 티 드의 nucleating 코어에서 파생 된의 17. 결과 supramolecular 섬유는 지금 녹말 체 섬유18supramolecular 표면에 이황화 교환 및 thiol 반응성 연구 실험 플랫폼 역할을 합니다.
Protocol
1. 합성 및 1, 2-Dithiolane의 정화 수정 펩 티 드 Dithiolane 선구자, 3-(acetylthio)-2의 합성-(acetylthiomethyl) propanoic 산19. 3의 1 g 추가-브로 모-2-(bromomethyl) 프로 산 (1 equiv.) 최소한의 55 ° c.에 감동과 25 mL 둥근 바닥 반응 플라스 크를 1 M NaOH (약 4 mL)에 녹 격 막으로 반응 플라스 크를 밀봉 하 고 질소 분위기에서 장소. 칼륨 thioacetate의 1.49 g를 포함 하는 솔루션…
Representative Results
Dithiolane 선구자 분자의 초기 단계 합성 이외에도 1, 2-dithiolane 수정 펩 티 드 종합의 나머지 고체 지원 (그림 1A)에서 발생합니다. 3의 변환-브로 모-2-(bromomethyl) 프로 산 3-(acetylthio)-2-(acetylthiomethyl) propanoic 산, dithiolane 전조 1H에 의해 확인 되 고 전에 13C NMR (그림 1B 와 C)는 자유에 결합 여전히 수 지에 펩 …
Discussion
이 문서는 모두 종합의 세부 사항 및 N 맨끝 1, 2-dithiolane 수정 자가 조립 펩타이드의 정화와 결과 supramolecular 구조의 특성을 설명합니다. 여기에서 보고 된 1, 2-dithiolane 펩타이드의 합성 장점이, dithiolane 선구자, 3-(acetylthio)-2 생산 하기 위해 한 단계 합성을 포함 하 여-(acetylthiomethyl) propanoic 산, 고 수 지에의 deprotection 반응 전자 레인지는 히드라 진 독성 deprotection 안전한 대안 보고 이전29…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자 박사 B. 엘렌 Scanley 그녀의 기술 교육에 대 한 감사 하 고 사용 하 여 도움말에서 가장 코네티컷 주립 대학 및 대학 (CSCU) 센터에 나노기술 및 박사 크레이지 Mukerji 웨슬리언 대학에서 그녀의 CD에 대 한 접근 하 고 싶습니다. 분 광 광도 계입니다. 페어필드 대학, NASA 코네티컷 공간 그랜트 협회에서 과학 연구소 및 국립 과학 재단 그랜트 수 체-1624774에서 보고 작업 부분에 지원 한다.
Materials
| Rink amide MBHA resin, high load | Gyros Protein Technologies | RAM-5-HL | Avoid contact with skin and eyes; do not inhale |
| N,N-Dimethylformamide | Fisher Scientific | D119-4 | Flammable liquid and vapor; irritating to eyes and skin; Use personal protective equipment; keep away from open flame |
| Fmoc-L-Val-OH | Gyros Protein Technologies | FLA-25-V | Wear personal protective equipment; do not inhale |
| Fmoc-L-Leu-OH | Gyros Protein Technologies | FLA-25-L | Wear personal protective equipment; do not inhale |
| Fmoc-L-Lys(Boc)-OH | Gyros Protein Technologies | FLA-25-KBC | Wear personal protective equipment; do not inhale |
| Fmoc-L-Phe-OH | Gyros Protein Technologies | FLA-25-F | Wear personal protective equipment; do not inhale |
| Fmoc-L-Ala-OH | Gyros Protein Technologies | FLA-25-A | Wear personal protective equipment; do not inhale |
| Fmoc-L-Gln(Trt)-OH | Gyros Protein Technologies | FLA-25-QT | Wear personal protective equipment; do not inhale |
| N,N,N′,N′-Tetramethyl-O-(1H-benzotriazol-1-yl)uronium hexafluorophosphate | Gyros Protein Technologies | 26432 | Causes skin, eye and respiratory irritation; do not inhale; use under hood or in well ventilated area |
| 0.4 M N-methylmorpholine in DMF | Gyros Protein Technologies | PS3-MM-L | highly flammable; wear personal protective equipment; keep away from heat and keep container tightly closed; do not inhale or swallow; wash skin thoroughly after handling |
| 20% piperidine in DMF | Gyros Protein Technologies | PS3-PPR-L | Causes severe eye and skin burns; Flammable Liquid and vapor; Do not inhale |
| dichloromethane | Fisher Scientific | D37-4 | May cause cancer; Do not inhale; Wear personal protective equipment; use under hood only; if contacted rise with water for at least 15 minutes and obtain medical attention |
| acetonitrile | Fisher Scientific | A998-4 | Flammable; irritating to eyes; Use personal protective equipment; Use only under a fume hood; keep away from open flame or hot surface; if contacted rinse wiith water for at least 15 minutes and obtain medical attention |
| trifluoroacetic acid | Fisher Scientific | A116-50 | Causes severe burns; do not inhale; harmful to aquatic life; use personal protective equipment; use only under fume hood; if contacted rinse with water for at least 15 minutes and obain immediate medical attention |
| 4% uranyl acetate | Electron Microscopy Sciences | 22400-4 | Do not inhale; harmful to aquatic life |
| 4-(2-Hydroxyethyl)piperazine-1-ethanesulfonic acid | Acros Organics | AC172571000 | Do not inhale; use outdoors or in well-ventilated area |
| nitrogen Gas | TechAir | Contents under pressure, may explode if heated | |
| 3-bromo-2-(bromomethyl)propionic acid | Alfa Aesar | AAA1963014 | Do not inhale; causes irritation to skin and eyes; corrosive |
| sodium hydroxide | Fisher Scientific | S318-100 | Use personal protective equipment; use only under fume hood; if contact rinse area for at least 15 minutes and obtain medical attention |
| potassium thioacetate | Acros Organics | AC221300250 | Causes skin and eye irritation; do not inhale; use personal protective equipment |
| sulfuric acid | Fisher Scientific | SA213 | Causes burns; keep away from water; keep away from combustible material; do not inhale; use personal protective equipment; if contact rinse area for at least 15 minutes and obtain medical attention |
| chloroform-d | Acros Organics | AC320690075 | Possible cancer hazard; irritating to skin and eyes; do not inhale; Use personal protective equipment; use only under fume hood; If contact rinse area for at least 15 minutes and obtain medical attention |
| chloroform | Fisher Scientific | C298-4 | Possible cancer hazard; irritating to skin and eyes; do not inhale; Use personal protective equipment; use only under fume hood; If contact rinse area for at least 15 minutes and obtain medical attention |
| N,N-diisopropylethylamine | Acros Organics | AC367841000 | Highly flammable; harmful to aquatic life; wear personal protective equipment; do not swallow |
| ammonium hydroxide | Fisher Scientific | A669S-500 | Corrosive; do not inhale |
| methanol | Fisher Scientific | A452-4 | Flammable liquid and vapor; use personal protective equipment; do not inhale; If contact rinse area for at least 15 minutes and obtain medical attention |
| triisopropylsilane | Sigma Aldrich | 233781 | Flammable; use personal proctective safety equipment; keep container tightly closed |
| diethyl ether | Fisher Scientific | E138-1 | Extremely flammable; Irritating to skin and eyes; Use personal protective equipment |
| 2,5-dihydroxybenzoic acid | Sigma Aldrich | 39319-10x10MG-F | do not inhale; irritating to skin and eyes |
| alpha-cyano-4-hydroxycinnamic acid | Alfa Aesar | AAJ67635EXK | |
| c18 zip-tip | Millipore | ZTC18S096 | |
| tris(2-carboxyethyl) phospine hydrochloride | Thermo Scientific | PI20490 | |
| silica gel 60 F254 coated aluminum-backed TLC sheets | EMD Millipore | 1.05549.0001 | |
| Thin walled Precision NMR tubes | Bel-Art | 663000585 | 5mm O.D. |
| All-plastic Norm-Ject syringes | Air Tite | AL10 | |
| single-use needle | BD PrecisionGlide | BD 305185 | used needles get disposed on in sharps waste container |
| disposable fritted syringe | Torviq | SF1000LL | 10mL fritted syringes were used in the report, but larger syringes are avaibale if needed for larger scale synthesis. |
| carbon grid | Ted Pella, Inc. | CF200-CU | Make sure to prepare samples and staining on the carbon grid side, not the shiny copper side of grid |
| self-closing tweezers | Electron Microscopy Sciences | 78318-3X | very sharp tips, length: 120 mm |
| 0.1 mm short path length cell | Starna Cells, Inc. | 20/C-Q-0.1 | Fragile |
| 10mL Vessel Caps | CEM | 909210 | |
| 10mL Pressure Vessels | CEM | 908035 | |
| Aeris Semi-Prep HPLC column | Phenomenex | 00F-4632-N0 | 150 x 10mm |
| cell holder | Starna Cells, Inc. | CH-2049 | Needed when using short pathlength cells |
| PS3 peptide synthesizer | Gyros Protein Technologies | ||
| DiscoverSP Microwave Reactor | CEM | ||
| centrifuge | HERMLE | Z 206 A | used a fixed 6×50 mL rotor |
| HPLC | Shimadzu | UV Detector | |
| nuclear magnetic resonance spectrometer | Avance, Bruker | 300 MHz | |
| MALDI-TOF mass spectrometer | Axima Confidence, Shimadzu | ||
| lyophilizer | Millrock Technology | BT85A | |
| Fourier-Transform Infrared Spectrometer | Alpha Tensor, Bruker | ||
| Transmission Electron Microscope | Tecnai Spirit, FEI | Used with Gatan Orius Fiberoptic CCD digital camera. Accessed at CSCU Center for Nanotechnology | |
| Circular Dichroism Spectropolarimeter | J-810, JASCO | Used with a six-cell Peltier temperature controller. Accessed at Wesleyan University. |
Referências
- Wang, J., Liu, K., Xing, R., Yan, X. Peptide self-assembly: Thermodynamics and kinetics. Chemical Society Reviews. 45, 5589-5604 (2016).
- Dong, R., et al. Functional supramolecular polymers for biomedical applications. Advanced Materials. 27, 498-526 (2015).
- Edwards-Gayle, C. J. C., Hamley, I. W. Self-assembly of bioactive peptides, peptide conjugates, and peptide mimetic materials. Organic and Biomolecular Chemistry. 15, 5867-5876 (2017).
- Goor, O. J. G. M., Hendrikse, S. I. S., Dankers, P. Y. W., Meijer, E. W. From supramolecular polymers to multi-component biomaterials. Chemical Society Reviews. 46, 6621-6637 (2017).
- DiMaio, J. T. M., Doran, T. M., Ryan, D. M., Raymond, D. M., Nilsson, B. L. Modulating supramolecular peptide hydrogel viscoelasticity using biomolecular recognition. Biomacromolecules. 18, 3591-3599 (2017).
- DiMaio, J. T. M., Raymond, D. M., Nilsson, B. L. Display of functional proteins on supramolecular peptide nanofibrils using a split-protein strategy. Organic and Biomolecular Chemistry. 15, 5279-5283 (2017).
- Mahmoud, Z. N., Gunnoo, S. B., Thomson, A. R., Fletcher, J. M., Woolfson, D. N. Bioorthogonal dual functionalization of self-assembling peptide fibers. Biomaterials. 32, 3712-3720 (2011).
- Petkau-Milroy, K., Uhlenheuer, D. A., Spiering, A. J. H., Vekemans, J. A. J. M., Brunsveld, L. Dynamic and bio-orthogonal protein assembly along a supramolecular polymer. Chemical Science. 4, 2886-2891 (2013).
- Li, A., et al. Neurofibrillar tangle surrogates: Histone H1 binding to patterned phosphotyrosine peptide nanotubes. Bioquímica. 53, 4225-4227 (2014).
- Sadownik, A., Stefely, J., Regen, S. L. Polymerized liposomes formed under extremely mild conditions. Journal of the American Chemical Society. 108, 7789-7791 (1986).
- Zhang, N., et al. ATN-161 Peptide functionalized reversibly cross-linked polymersomes mediate targeted doxorubicin delivery into melanoma-bearing C57BL/6 mice. Molecular Pharmaceutics. 14, 2538-2547 (2017).
- Margulis, K., et al. Formation of polymeric nanocubes by self-assembly and crystallization of dithiolane-containing triblock copolymers. Angewandte Chemie International Edition. 56, 16357-16362 (2017).
- Zhang, X., Waymouth, R. 1,2-Dithiolane-Derived Dynamic, Covalent Materials: Cooperative Self-Assembly and Reversible Cross-Linking. Journal of the American Chemical Society. 139, 3822-3833 (2017).
- Sakia, N., Matile, S. Stack exchange strategies for the synthesis of covalent double-channel photosystems by self-organizing surface-initiated polymerization. Journal of the American Chemical Society. 133, 18542-18545 (2011).
- Uji, H., Morita, T., Kimura, S. Molecular direction dependence of single-molecule conductance of a helical peptide in molecular junction. Physical Chemistry Chemical Physics. 15, 757-760 (2013).
- Liang, C., Ni, R., Smith, J. E., Childers, W. S., Mehta, A. K., Lynn, D. G. Kinetic intermediates in amyloid assembly. Journal of the American Chemical Society. 136, 15116-15149 (2014).
- Smith, J. E., et al. Defining the dynamic conformational network of cross-β peptide assembly. Israel Journal of Chemistry. 55, 763-769 (2015).
- Black, S. P., Sanders, J. K. M., Stefankiewicz, A. R. Disulfide exchange: Exposing supramolecular reactivity through dynamic covalent chemistry. Chemical Society Reviews. 43, 1861-1872 (2014).
- Vendetti, A., et al. Dihydroasparagusic acid: Antioxidant and tyrosinase inhibitory activities and improved synthesis. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 61, 6848-6855 (2013).
- Stawikowski, M., Fields, G. B. Introduction to peptide synthesis. Current Protocols in Protein Science. 26, (2002).
- Canadell, J., Goossens, H., Klumperman, B. Self-healing materials based on disulfide links. Macromolecules. 44, 2536-2541 (2011).
- Lafont, U., van Zeijl, H., van der Zwaag, S. Influence of cross-linkers on the cohesive and adhesive self-healing ability of polydisulfide-based thermosets. ACS Applied Materials and Interfaces. 4, 6280-6288 (2012).
- Komaromy, D., Stuart, M. C. A., Santiago, G. M., Tezcan, M., Krasnikov, V. V., Otto, S. Self-assembly can direct dynamic covalent bond formation toward diversity or specificity. Journal of the American Chemical Society. 139, 6234-6241 (2017).
- McAvery, K. M., Guan, B., Fortier, C. A., Tarr, M. A., Cole, R. B. Laser-induced oxidation of cholesterol observed during MALDI-TOF mass spectrometry. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 22, 659-669 (2011).
- Krimm, S., Bandekar, J. Vibrational spectroscopy and conformation of peptides, polypeptides, and proteins. Advances in Protein Chemistry. 38, 181-364 (1986).
- Halverson, K. J., Sucholeiki, I., Ashburn, T. T., Lansbury, P. T. Location of β-sheet-forming sequences in amyloid proteins by FTIR. Journal of the American Chemical Society. 113, 6701-6703 (1991).
- Greenfield, N., Fasman, G. D. Computed circular dichroism spectra for the evaluation of protein confirmation. Bioquímica. 8, 4108-4116 (1969).
- . ImageJ Available from: https://imagej.nih.gov/ij (2016)
- Roy, S., Shinde, S., Hamilton, G. A., Hartnett, H. E., Jones, A. K. Artificial [FeFe]-hydrogenase: On resin modification of an amino acid to anchor a hexacarbonyldiiron cluster in a peptide framework. European Journal of Inorganic Chemistry. 2011, 1050-1055 (2011).
- Van Duinen, S. G., Castano, E. M., Prelli, F., Bots, G. T. A. B., Luyendijk, W., Frangione, B. Hereditary cerebral hemorrhage with amyloidosis in patients of Dutch origin is related to Alzheimer disease. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 84, 5991-5994 (1987).
- Barth, A. The infrared absorption of amino acid sidechains. Progress in Biophysics and Molecular Biology. 74, 141-173 (2000).
- Jayaraman, M., et al. Slow amyloid nucleation via α-helix-rich oligomeric intermediates in short polyglutamine-containing Huntingtin fragments. Journal of Molecular Biology. 415, 881-899 (2012).
Citar este artigo
Neves, R., Stephens, K., Smith-Carpenter, J. E. Synthesis and Characterization of 1,2-Dithiolane Modified Self-Assembling Peptides. J. Vis. Exp. (138), e58135, doi:10.3791/58135 (2018).