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 (או פולי N -substituted glycines) הם קבוצה של-mimetics פפטיד המציעים תכונות דומות לאלו של פפטידים וככזה נחקרות יותר ויותר עבור יישומים רפואיים וחומרים. בשנת פפטידים, שרשרת הצד של כל חומצת אמינו מחוברת פחמן-α של עמוד השדרה האמידה; ב peptoids הרשתות בצד מוזזים על אטום החנקן של עמוד השדרה. באופן מכריע, זה נותן peptoids עמידות גבוהה יותר בפני proteolysis.
Peptoids מסונתז נפוץ בשיטת submonomer חלוץ ידי צוקרמן et al., שם מונומרים peptoid יכולים להיבנות על ידי haloacetylation הרציף של פונקציונליות אמינה צורף תמיכה מוצקה והעקירה הבאה של ההלוגן באמצעות אמין עיקרי. 1 הקבוצה שלנו פתחה לאחרונה הסתגלות לשיטה submonomer זו כדי לאפשר שאריות peptoid lysine- ו ארגינין-סוג להיכלל בתוך אותו רצף peptoid עבור first זמן. 2 גישה זו מוצק שלב ידנית peptoid סינתזה משתמשת ריאגנטים זמינים מסחרי וציוד מעבדה משותף, מה שהופך אותו לנגיש עבור רוב המעבדות. Peptoids הוכח צריך פעילויות מבטיחות נגד מגוון רחב של חיידקים גראם שליליים, מיני חיידקים ופטריות חיוביים גראם כי הם דומה פפטידים מיקרוביאלית ידועים רבים. 3-9
בעבודתנו, peptoids שמש תרכובות אנטי זיהומיות חדשות לטיפול של leishmaniasis המחלה הטרופי המוזנחת. Leishmaniasis 5,10 שכיח יותר מ -80 מדינות ברחבי העולם, ההערכה היא כי למעלה מ -12 מיליון בני אדם נדבקים באופן גלובלי. 11 המחלה נגרמת על ידי טפילים protozoan המועברות על ידי נשיכה של sandfly. מינים שושנת יריחו יכול לגרום leishmaniasis עורית, תנאי המוביל הצטלקות ופגיעה ריריות, או לנו זרים הקרביים מסכני חייםhmaniasis, הגורם לניזק איבר קטלני. אין חיסון זמין כעת למחלה זו וטיפולים קיימים להסתמך על מספר קטן של תרופות שיש להן תופעות לוואי חמורות. בנוסף, התנגדות לתרופות קיימות היא בעיה מתעוררת ורציני טיפולים חדשים כל כך זקוק נואשים לטיפול leishmaniasis ביעילות בעתיד. 12-16
ביישומים מיקרוביאלית אלה, peptoids נועדו לעתים קרובות להיות amphipathic בתערובת של קטיוני מונומרים הידרופובי. 3,4 זה יכול לתת peptoids מידה מסוימת של סלקטיביות לכיוון תאים חיידקיים, להפחית רעילות לתאי יונקים, וכדי לשפר את פעילותם מובילי מולקולרית . 17-20 רוב peptoids אנטי זיהומיות בספרות מכילות שרשרות צד קטיוני כי מורכבות בלעדיות של מונומרים מהסוג ליזין או פונקציונלי אמינו או שאריות מסוג ארגינין. מפלצות פפטיד-peptoid, שבו הרשתות קטיוני מורכבות אליזין או ארגינין חומצות מינו, גם היה מסונתז כדי לבחון את השפעת קבוצות קטיוני על פעילות ורעילות. 21-25
ניתן peptoids פולי-ליזין מסונתז בקלות באמצעות אמינים בוק מוגן זמינים מסחרית. Peptoids פולי-ארגינין דיווח יכול להתבצע באמצעות שיטה המשתמשת pyrazole-1-carboxamidine כסוכן guanidinylation. 18 עם זאת, זה יכול להתבצע רק לאחר peptoid כבר בקע מן השרף והגנת בוק על רשתות בצד סיר, כך כל שאריות ליזין מסוג בתוך הרצף הופכות שאריות ארגינין. במאמץ כדי לכוונן את מאפייני כימי וביולוגי של תרכובות, פיתחנו שיטה המאפשרת פונקציונליות קטיוני כפול (למשל, N ליס ו- N Arg) להיכלל בכל סדרה נתונה peptoid בפעם הראשונה. 2
בזאת, אנו מתארים את הסינתזה, טיהור ואפיון של two peptoids הרומן שמכילים הן שאריות lysine- ו ארגינין-סוג באותו רצף. השיטה משתמשת מאונך N -Boc ו- N -Dde הגנה על שרף עם pyrazole-1-carboxamidine בתור מגיב guanidinylation. ההערכה הביולוגית של peptoids אלה מתוארת גם מבחני cytotoxicity נגד שושנת יריחו מקסיקנה, הגורם הסיבתי של leishmaniasis עורית. זה מספק שיטה מעשית לגשת peptoids עם פונקציונליות קטיוני כפולה ועל מנת להעריך את פעילותם הביולוגית. צפוי כי שיטה זו תסייע לסינתזה של peptoids amphipathic ידי הקהילה peptoid בעתיד.
Peptoids ויותר הנלמד בתוך וביולוגיה כימית ושדות כימיה רפואית ביישומים כגון הרפוי הרומן 3-5, סוכני משלוח תא 18,20 וכלי אבחון. 29 בדרך כלל, רצפים אלה הם קטיוני לספק מידה של הסלקטיביות עבור הפתוגן מעל בתאי יונקים, היכולת לחדור דרך קרומי התא, וכן לסייע מסיסות במערכות מימיות. ישנן דוגמאות רבות של peptoids קטיוני המכילים אך ורק lysine- או ארגינין-מימטיים שאריות בספרות. עם זאת, עד כה, את הסינתזה של peptoids המכילה את כל שאריות קטיוני אלה באותו הרצף התעכבה בשל חוסר הליך סינטטי מתאים. הפרוטוקול המתואר כאן מאפשר peptoids קטיוני מעורב להיות מסונתז באופן יעיל רצוי מאוד כפי שהוא מציע מסלול לווסת את התכונות ביולוגיות וכימיות של peptoids amphipathic.
NT "> השיטה שלנו משתמשת עיבוד לסינתזה הנפוצה submonomer peptoid ומתירה תוספת של שני מונומרים lysine- ו ארגינין מסוג בתוך אותו הרצף. היא משתמשת זיווגים בטמפרטורת החדר והקים הגנת כימית קבוצה כך הוא צפוי כי שיטה זו יהיה שימושי עבור רוב קבוצות מחקר. כדי להוסיף שכבת הגנה מאונכת עבור שאריות ארגינין-הסוג, גידול diamine מוגן מתווסף בתנאי עקירה סטנדרטיים ולאחר מכן מוגן צימוד 60 דקות עם DDE-OH. מגוון diamines יכול להיות השתמש המאפשר שרשרות צד מן 2 פחמנים עד 6 פחמנים ארוכים כדי להיות מותקנים, כלומר, 1,2-diaminoethane אל diaminohexane 1,6 בהתאמה. להמסה גם DDE-OH ההגנה ב DMF ו היא קבוצת הגנה יעילה מאוד סלקטיבית אמינים ראשוניים. הקבוצה-גינת DDE משאיר אמינות שניוני מעושה, למשל, התחנה הסופית N המוגן של שרשרת peptoid. 30 מגבלה אחת היא שכל synהתזה נערכה באופן ידני; עם זאת, הוא צפוי כי תנאי הצימוד פתחו את השיטה נוחה לשימוש עם פפטיד אוטומטי / סינתיסייזרים peptoid.על שרף deprotection של קבוצות DDE נעשית באמצעות פתרון הידרזין 2% ב DMF לעזוב אמינים חינם שניתן guanidinylated על שרף באמצעות pyrazole-1-carboxamidine. שישה ושווי של pyrazole-1-carboxamidine ושישה ושווי של DIPEA משמשים לכל אמין בחינם על השרף (כלומר, שש שחלופות מונומר אחד מסוג N Arg להיות מותקנות). שוב, התגובה הזו היא גם יעילה מגיב pyrazole-1-carboxamidine יש מסיסות טובה DMF. השלמת התגובה נתפסת בדרך כלל באמצעות LC-MS לאחר 60 דקות בטמפרטורת החדר.
בשל הרבגוניות של שיטת submonomer, מגוון רחב של אמינים ראשוניים ניתן להשתמש בשלב העקירה כך תנאים עשויים צריכים להיות מותאמים כדי להגדיל אפי צימודciency ותשואות מוצרים כוללים או טוהרות. 31 עבור הרצפים שנדונו לעיל, ללא תנאים מיוחדים כהכרחיים זיווגים מוצלחים. עם זאת, פעמי עקירה יותר או ריכוזיים אמין גבוהה יוכל לשמש עבור התקות בעייתיות (כלומר, עבור אמיני nucleophilic גרועים או sterically המגושמים). אמינים מסוימים עשויים שלא להיות מסיסים לחלוטין DMF, ובמקרה זה מומלץ לפזר אלה N -methyl-2-pyrrolidone (NMP), או ממסים מתאימים אחרים לתגובות-שלב מוצק במקום כמו שיטת מרכז קודם לסינתזת submonomer של peptoids. 32 כדי לשלב מונומרים המכילים heteroatoms מוגנים ב הרשתות בצד, acetylation באמצעות חומצה chloroacetic הוכח כיעיל על ידי קבוצות אחרות. 33 בנוסף, ניתן להשתמש שרפים אחרים בשיטה זו להניב peptoids עם functionalization מסוף C שונה. וואנג שרפים שרפי כלוריד 2-chlorotrityl משמשים באופן שיגרתיסינתזה submonomer של peptoids. לדוגמא, שיטה זו שמשה בהצלחה עם שרף כלוריד 2-chlorotrityl בקבוצה שלנו. 2 תומך מוצק שונה ידרוש הליך טוען שונה רינק אמיד דן כאן (תלוי השרף הספציפי בשימוש) אז זה צריך להיבדק עם הספרות לפני סינתזה.
בדומה סינתזה פפטיד, התנאים מחשוף הסופי של peptoid את שרף יכול להיות מותאם גם עבור רצף מסוים. בפרוטוקול זה, קוקטייל מחשוף TFA שמש (עם triisopropylsilane ומים כמו אוכלי נבלות). Peptoids המוצג כאן הכיל רק הגנת בוק שהיא קבוצה יציבה סביר חומצה. כדי להבטיח המלא deprotection של רצפים עם חלק גדול יותר של שאריות מוגנות או חומצה מגינה פחות יציב קבוצות, פעמים מחשוף יותר עשויות להיות נחוצות (כלומר, פעמים מחשוף העולה על 2 שעות מומלצות רצפים המכילים PBF או-bu שליישוניםאסתר Tyl קבוצות מוגנות). נבלות אלטרנטיביות יכולות לשמש גם עבור רשתות בצד מיוחדות (למשל, ethanedithiol או 2-mercaptoethanol משמשים לעתים קרובות פפטידים שיש שרשרות צד המכיל גופרית כמו ציסטאין ומתיונין או).
את assay הביולוגי המוצג הנו מבחן רעיל סטנדרטי אשר ניתן לשנות כדי להתאים שורות תאים שונות. חשוב לציין כי כל צלחת 96-היטב צריכה להכיל שולטת מספיק כדי לאפשר אמון התוצאות שהתקבלו. במקרה זה, B amphotericin משמש כביקורת חיובית כפי שהוא סם ידוע המשמש לטיפול במחלה DMSO משמש כביקורת שלילית כמו זו היא הממס המשמש לייצור מניות מתחמות עבור assay. אם שורות תאים אחרות נמצאות בשימוש, אלטרנטיבית, שולטת מתאימה יש לקבל ומאומתים לפני השימוש. L. מקסיקנה הוא מודגרות עם peptoid בריכוזים בין 100 ל 2 מיקרומטר עבור שעה אחת, ולאחר מכן הטפיל / פתרון peptoid הוא מדולל על ידיגורם של עשר עבור דגירת הלילה (כלומר, בארות בתחילה עם 100 מיקרומטר peptoid מניות מדוללות עד 10 מיקרומטר).
מגיב כדאיות התא מתווסף כל טוב (10% של נפח היטב הכולל) בסוף assay. שינוי צבע גלוי נתפס בין בארות עם טפילי קיימא (ורוד), בארות שליטה ללא טפילי קיימא (כחול) ספקטרום בין עם מספרי ביניים של טפילי קיימא. הקרינה היא פרופורציונלית למספר של תאי חיים תואם את הפעילות המטבולית של התאים; צבע resazurin (לא ניאון) מומר resorufin ניאון על ידי תגובות צמצום תאים פעילים מבחינה מטבולית. 34 ב assay זה, זמן הדגירה עם מגיב כדאיות התא עבר אופטימיזציה עבור L. מקסיקנה. פעמי דגירה עם המגיב הכדאי ישתנה עבור צלחות זורעות בריכוזי תאים שונים או עם שורות תאים שונות (למשל שיטה זו יכולה לשמש גםעם בתאי יונקים). תלויים קורא צלחת המדויקת בשימוש, שיקולים צריכות להתבצע לפני מדידות קרינה נלקחות. כל בועות אוויר בבארות להסירו כדי להבטיח שניתן לנקוט קריאה מדויקת. חלק מקוראי הצלחת לקרוא מעומק הצלחות, ובמקרה תחתי שטוח 96 צלחות גם אמור לשמש. מכונות אחרות יכולות לקרוא מהחלק העליון של הצלחת, כך את המכסה של הצלחת צריכה להסיר לפני המדידה.
לבסוף, בעתיד, פרוטוקול זה עשוי להתיישב עם סינתיסייזרים אוטומטיים המסוגלים ביצוע רצפים רבים במקביל. בנוסף, הסינתזה של peptoids מחזורית כמו כן ניתן בשיטה זו. פרוטוקול זה אמור לספק לחוקרים עם הליך סינטטי מעשיות שיכולים לשמש לגשת פיגומי peptoid רומן עם שני מונומרים lysine- ו ארגינין-סוג, אשר עשוי להיות שימוש ביישומים רבים, כוללים חומרים או שדות מרפאים.
The authors have nothing to disclose.
אנו מודים המועצה למחקר הנדסה המדעים הפיזיקליים (EPSRC) עבור תמיכה כספית (HLB). אנו מודים גם Sridevi Maalika Ramanoudjame על סיועה בזמן הצילומים של הליך זה.
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 |