Peptider är en klass av föreningar som bildas genom koppling av flera aminosyror genom peptidbindningar.De är allestädes närvarande i levande organismer.Hittills har tiotusentals peptider hittats i levande organismer.Peptider spelar en viktig roll för att reglera de funktionella aktiviteterna i olika system, organ, vävnader och celler och i livsaktiviteter, och används ofta inom funktionsanalys, antikroppsforskning, läkemedelsutveckling och andra områden.Med utvecklingen av bioteknik och peptidsyntesteknologi har fler och fler peptidläkemedel utvecklats och applicerats på kliniken.
Det finns en mängd olika peptidmodifieringar, som enkelt kan delas in i postmodifiering och processmodifiering (med härledd aminosyramodifiering), och N-terminal modifiering, C-terminal modifiering, sidokedjemodifiering, aminosyramodifiering, skelettmodifiering, etc., beroende på modifieringsplatsen (Figur 1).Som ett viktigt medel för att ändra huvudkedjestrukturen eller sidokedjegrupperna av peptidkedjor, kan peptidmodifiering effektivt ändra de fysiska och kemiska egenskaperna hos peptidföreningar, öka vattenlösligheten, förlänga verkanstiden in vivo, ändra deras biologiska distribution, eliminera immunogenicitet , minska toxiska biverkningar, etc. I detta dokument presenteras flera stora peptidmodifieringsstrategier och deras egenskaper.
1. Cykling
Cykliska peptider har många tillämpningar inom biomedicin, och många naturliga peptider med biologisk aktivitet är cykliska peptider.Eftersom cykliska peptider tenderar att vara styvare än linjära peptider är de extremt resistenta mot matsmältningssystemet, kan överleva i matsmältningskanalen och uppvisar en starkare affinitet för målreceptorer.Cyklisering är det mest direkta sättet att syntetisera cykliska peptider, speciellt för peptider med stort strukturellt skelett.Enligt cykliseringsläget kan det delas in i sidokedjetyp, terminal - sidokedjetyp, terminal - terminaltyp (änd-till-änd-typ).
(1) sidokedja-till-sidokedja
Den vanligaste typen av sidokedja till sidokedja är disulfidbryggning mellan cysteinrester.Denna cyklisering införs genom att ett par cysteinrester avskyddas och sedan oxideras för att bilda disulfidbindningar.Polycyklisk syntes kan uppnås genom selektivt avlägsnande av sulfhydrylskyddsgrupper.Cyklisering kan göras antingen i ett post-dissociationslösningsmedel eller på ett pre-dissociationsharts.Cyklisering på hartser kan vara mindre effektiv än lösningsmedelscyklisering eftersom peptiderna på hartser inte lätt bildar cyklifierade konformationer.En annan typ av sidokedje-sidokedjecyklisering är bildandet av en amidstruktur mellan en asparaginsyra- eller glutaminsyrarest och basaminosyran, vilket kräver att sidokedjeskyddsgruppen måste kunna avlägsnas selektivt från polypeptiden antingen på hartset eller efter dissociation.Den tredje typen av sidokedja - sidokedjecyklisering är bildningen av difenyletrar av tyrosin eller p-hydroxifenylglycin.Denna typ av cyklisering i naturprodukter finns bara i mikrobiella produkter, och cykliseringsprodukter har ofta potentiellt medicinskt värde.Framställningen av dessa föreningar kräver unika reaktionsbetingelser, så de används inte ofta vid syntes av konventionella peptider.
(2) terminal-till-sidokedja
Cyklisering med terminal sidokedje involverar vanligtvis C-terminalen med aminogruppen i lysin- eller ornitinsidokedjan, eller N-terminalen med asparaginsyra- eller glutaminsyrasidokedjan.Annan polypeptidcyklisering görs genom att bilda eterbindningar mellan terminal C och serin- eller treoninsidokedjor.
(3) Terminal eller head-to-tail typ
Kedjepolypeptider kan antingen cirkuleras i ett lösningsmedel eller fixeras på ett harts genom sidokedjecyklering.Låga koncentrationer av peptider bör användas vid centralisering av lösningsmedel för att undvika oligomerisering av peptider.Utbytet av en huvud-till-svans syntetisk ringpolypeptid beror på sekvensen av kedjepolypeptiden.Därför, innan man förbereder cykliska peptider i stor skala, bör ett bibliotek av möjliga kedjade blypeptider först skapas, följt av cyklisering för att hitta sekvensen med de bästa resultaten.
2. N-metylering
N-metylering förekommer ursprungligen i naturliga peptider och introduceras i peptidsyntesen för att förhindra bildandet av vätebindningar, vilket gör peptiderna mer motståndskraftiga mot biologisk nedbrytning och clearance.Syntes av peptider med användning av N-metylerade aminosyraderivat är den viktigaste metoden.Dessutom kan Mitsunobu-reaktion av N-(2-nitrobensensulfonylklorid)-polypeptid-hartsintermediärer med metanol också användas.Denna metod har använts för att framställa cykliska peptidbibliotek innehållande N-metylerade aminosyror.
3. Fosforylering
Fosforylering är en av de vanligaste posttranslationella modifieringarna i naturen.I mänskliga celler är mer än 30 % av proteinerna fosforylerade.Fosforylering, särskilt reversibel fosforylering, spelar en viktig roll för att kontrollera många cellulära processer, såsom signaltransduktion, genuttryck, cellcykel och cytoskelettreglering och apoptos.
Fosforylering kan observeras vid en mängd olika aminosyrarester, men de vanligaste fosforyleringsmålen är serin-, treonin- och tyrosinrester.Fosfotyrosin-, fosfotreonin- och fosfoserinderivat kan antingen införas i peptider under syntes eller bildas efter peptidsyntes.Selektiv fosforylering kan uppnås med användning av rester av serin, treonin och tyrosin som selektivt tar bort skyddsgrupper.Vissa fosforyleringsreagens kan också introducera fosforsyragrupper i polypeptiden genom postmodifiering.På senare år har platsspecifik fosforylering av lysin uppnåtts med hjälp av en kemiskt selektiv Staudinger-fosfitreaktion (Figur 3).
4. Myristoylering och palmitoylering
Acylering av N-terminalen med fettsyror tillåter peptider eller proteiner att binda till cellmembran.Den myridamoylerade sekvensen på N-terminalen gör det möjligt för Src-familjens proteinkinaser och Gaq-proteiner av omvänt transkriptas att målinriktas för att binda till cellmembran.Myristinsyra kopplades till N-terminalen av hartspolypeptiden med användning av standardkopplingsreaktioner, och den resulterande lipopeptiden kunde dissocieras under standardbetingelser och renas med RP-HPLC.
5. Glykosylering
Glykopeptider som vankomycin och teicolanin är viktiga antibiotika för behandling av läkemedelsresistenta bakterieinfektioner, och andra glykopeptider används ofta för att stimulera immunförsvaret.Eftersom många mikrobiella antigener är glykosylerade är det dessutom av stor betydelse att studera glykopeptider för att förbättra den terapeutiska effekten av infektion.Å andra sidan har det visat sig att proteinerna på cellmembranet i tumörceller uppvisar onormal glykosylering, vilket gör att glykopeptider spelar en viktig roll i cancer- och tumörimmunförsvarsforskning.Glykopeptider framställs med Fmoc/t-Bu-metoden.Glykosylerade rester, såsom treonin och serin, introduceras ofta i polypeptider av pentafluorfenolesteraktiverade fMOCs för att skydda glykosylerade aminosyror.
6. Isopren
Isopentadienylering sker på cysteinrester i sidokedjan nära C-terminalen.Proteinisopren kan förbättra cellmembranaffiniteten och bilda protein-proteininteraktion.Isopentadienerade proteiner inkluderar tyrosinfosfatas, litet GTas, cochaperonmolekyler, nukleär lamina och centromera bindande proteiner.Isoprenpolypeptider kan framställas med användning av isopren på hartser eller genom att introducera cysteinderivat.
7. Modifiering av polyetylenglykol (PEG).
PEG-modifiering kan användas för att förbättra proteinhydrolytisk stabilitet, biodistribution och peptidlöslighet.Införandet av PEG-kedjor till peptider kan förbättra deras farmakologiska egenskaper och även hämma hydrolysen av peptider av proteolytiska enzymer.PEG-peptider passerar genom det glomerulära kapillärtvärsnittet lättare än vanliga peptider, vilket kraftigt minskar renal clearance.På grund av den förlängda aktiva halveringstiden för PEG-peptider in vivo kan den normala behandlingsnivån upprätthållas med lägre doser och mindre frekventa peptidläkemedel.Men PEG-modifiering har också negativa effekter.Stora mängder PEG hindrar enzymet från att bryta ned peptiden och minskar även peptidens bindning till målreceptorn.Men PEG-peptiders låga affinitet kompenseras vanligtvis av deras längre farmakokinetiska halveringstid, och genom att vara närvarande i kroppen längre har PEG-peptider större sannolikhet att absorberas i målvävnad.Därför bör PEG-polymerspecifikationer optimeras för optimala resultat.Å andra sidan ackumuleras PEG-peptider i levern på grund av minskad renal clearance, vilket resulterar i makromolekylärt syndrom.Därför måste PEG-modifieringar utformas mer noggrant när peptider används för drogtester.
Vanliga modifieringsgrupper av PEG-modifierare kan grovt sammanfattas enligt följande: Amino (-amin) -NH2, aminometyl-Ch2-NH2, hydroxi-OH, karboxi-Cooh, sulfhydryl (-Tiol) -SH, Maleimid -MAL, succinimidkarbonat - SC, succinimidacetat -SCM, succinimidpropionat -SPA, n-hydroxisuccinimid -NHS, akrylat-ch2ch2cooh, aldehyd -CHO (såsom propional-ald, butyrALD), akrylbas (-akrylat-akrl), azido-azid, biotinyl- Biotin, Fluorescein, glutaryl-GA, akrylathydrazid, alkyn-alkyn, p-toluensulfonat-OTs, succinimidsuccinat-SS, etc. PEG-derivat med karboxylsyror kan kopplas till n-terminala aminer eller lysinsidokedjor.Aminoaktiverad PEG kan kopplas till asparaginsyra eller glutaminsyrasidokedjor.Mal-aktiverad PEG kan konjugeras till merkaptan av helt avskyddade cysteinsidokedjor [11].PEG-modifierare klassificeras vanligtvis enligt följande (notera: mPEG är metoxi-PEG, CH3O-(CH2CH2O)n-CH2CH2-OH):
(1) rakkedjig PEG-modifierare
mPEG-SC, mPEG-SCM, mPEG-SPA, mPEG-OTs, mPEG-SH, mPEG-ALD, mPEG-butyrALD, mPEG-SS
(2) bifunktionell PEG-modifierare
HCOO-PEG-COOH, NH2-PEG-NH2, OH-PEG-COOH, OH-PEG-NH2, HCl·NH2-PEG-COOH, MAL-PEG-NHS
(3) förgrenande PEG-modifierare
(mPEG)2-NHS, (mPEG)2-ALD, (mPEG)2-NH2, (mPEG)2-MAL
8. Biotinisering
Biotin kan vara starkt bundet med avidin eller streptavidin, och bindningsstyrkan är till och med nära kovalent bindning.Biotinmärkta peptider används ofta i immunanalys, histocytokemi och fluorescensbaserad flödescytometri.Märkta antibiotinantikroppar kan också användas för att binda biotinylerade peptider.Biotinmärkningar är ofta fästa vid lysinsidokedjan eller N-terminalen.6-aminokapronsyra används ofta som bindning mellan peptider och biotin.Bindningen är flexibel när det gäller att binda till substratet och binder bättre i närvaro av steriska hinder.
9. Fluorescerande märkning
Fluorescerande märkning kan användas för att spåra polypeptider i levande celler och för att studera enzymer och verkningsmekanismer.Tryptofan (Trp) är fluorescerande, så det kan användas för egen märkning.Emissionsspektrumet för tryptofan beror på den perifera miljön och minskar med minskande lösningsmedelspolaritet, en egenskap som är användbar för att detektera peptidstruktur och receptorbindning.Tryptofanfluorescens kan släckas av protonerad asparaginsyra och glutaminsyra, vilket kan begränsa dess användning.Dansylkloridgruppen (Dansyl) är mycket fluorescerande när den är bunden till en aminogrupp och används ofta som en fluorescerande märkning för aminosyror eller proteiner.
Fluorescensresonans Energiomvandling (FRET) är användbar för enzymstudier.När FRET appliceras innehåller substratpolypeptiden vanligtvis en fluorescensmärkningsgrupp och en fluorescenssläckande grupp.Märkta fluorescerande grupper släcks av släckaren genom icke-fotonenergiöverföring.När peptiden dissocieras från enzymet i fråga, avger märkningsgruppen fluorescens.
10. Burpolypeptider
Burpeptider har optiskt borttagbara skyddsgrupper som skyddar peptiden från att binda till receptorn.När den utsätts för UV-strålning aktiveras peptiden, vilket återställer sin affinitet till receptorn.Eftersom denna optiska aktivering kan kontrolleras enligt tid, amplitud eller plats, kan burpeptider användas för att studera reaktioner som uppstår i celler.De mest använda skyddsgrupperna för burpolypeptider är 2-nitrobensylgrupper och deras derivat, som kan introduceras i peptidsyntes via skyddande aminosyraderivat.Aminosyraderivat som har utvecklats är lysin, cystein, serin och tyrosin.Aspartat- och glutamatderivat används emellertid inte vanligtvis på grund av deras känslighet för cyklisering under peptidsyntes och dissociation.
11. Polyantigen peptid (MAP)
Korta peptider är vanligtvis inte immuna och måste kopplas till bärarproteiner för att producera antikroppar.Polyantigen peptid (MAP) är sammansatt av flera identiska peptider kopplade till lysinkärnor, som specifikt kan uttrycka högpotenta immunogener och kan användas för att framställa peptid-bärarproteinkupletter.MAP-polypeptider kan syntetiseras genom fastfassyntes på MAP-harts.Emellertid resulterar ofullständig koppling i saknade eller trunkerade peptidkedjor på vissa grenar och uppvisar således inte egenskaperna hos den ursprungliga MAP-polypeptiden.Som ett alternativ kan peptider framställas och renas separat och sedan kopplas till MAP.Peptidsekvensen fäst vid peptidkärnan är väldefinierad och karakteriseras lätt av masspektrometri.
Slutsats
Peptidmodifiering är ett viktigt sätt att designa peptider.Kemiskt modifierade peptider kan inte bara bibehålla hög biologisk aktivitet, utan också effektivt undvika nackdelarna med immunogenicitet och toxicitet.Samtidigt kan kemisk modifiering ge peptider några nya utmärkta egenskaper.Under senare år har metoden för CH-aktivering för eftermodifiering av polypeptider utvecklats snabbt och många viktiga resultat har uppnåtts.
Posttid: 2023-mars