Transcript Document
Szilárd fázisú peptidszintézis Bánóczi Zoltán MTA-ELTE Peptidkémiai Kutatócsoport, Budapest Peptidek és alkalmazásuk Peptidek aminosavakból felépülő oligomerek. H2N-CH-COOH R H2N-CH-CO- HN-CH-CO- HN-CH-COOH R R n R R: sok féle, 20 fehérjealkotó aminosav Számos alkalmazás „A” és „Aaa” jelentése -HN-CH-CO- kutatás gyógyszeripar (Inzulin, Glukagon, Octreotide, Oxicotin) édesítőszer (aszpartám: Asp-Phe-OMe) szépségápolás (botox: Clostridium botulinum toxin) R Peptidszintézis - kezdetek Emil Fischer: első peptidszintézis (1903) BrCH(R)COCl + H2N-CH(R’)CO2H BrCH(R)CONHCH(R’)CO2H Carpino: Boc-csoport (1957) H3C H2NCH(R)CONHCH(R’)CO2H O Bergmann és Zervas: Z-csoport (1932) H3C NH3 C O O CH2 O CH3 Robert Bruce Merrifield: az első szilárdfázisú peptidszintézis (1963) Carpino: Fmoc-csoport (1972) O O J. Am. Chem. Soc. 85, 2149 E. Atherton, R.C. Sheppard: Solid phase peptide synthesis: a practical approach (IRL Press, Oxford, England, 1989) Fmoc-technika Peptidszintézis - elv H2N-CH-COOH + H2N-CH-COOH R R’ -H2O Ezt szeretnénk! H2N-CH-CO- HN-CH-COOH + H2N-CH-CO- HN-CH-COOH + H2N-CH-CO- HN-CH-COOH R R R’ R R’ R és még sok minden más!!! Megoldás PG-HN-CH-CO-AG + H2N-CH-COOH R’ R PG-HN-CH-COOH R’ -H2O PG-HN-CH-CO- HN-CH-COOH PG: védőcsoport AG: aktiváló csoport H2N-CH-CO-OPG’ R -H2O R + PG-HN-CH-CO- HN-CH-CO-OPG’ R’ Oldallánc védőcsoportok!! R R’ Peptidszintézis - megvalósítás PG-HN-CH-COOH R + H2N-CH-CO-OPG’ R’ PG-HN-CH-CO- HN-CH-CO-OPG’ R -H2O R’ Hogyan? 1. Aktivált aminosav-származék PG-HN-CH-CO-AG R ahol AG: - Cl N3 OCO-R’ OR’ 2. Közvetlen aktiválás - karbodiimid, DCC, DIC N C CH3 H3C CH N N H3C C N HC CH3 - in situ aktív észter képzés, DCC-HOBt, BOP-HOBt Peptidlánc felépítése 1. Stepwise (lépésenkénti) szintézis: PG-HN-CH-COOH R + H2N-CH-CO-OPG’ PG-HN-CH-CO- HN-CH-CO-OPG’ -H2O R R’ amino-védőcsoport eltávolítása R’ PG-HN-CH-CO- HN-CH-CO- HN-CH-CO-OPG’ R” R H2N-CH-CO- HN-CH-CO-OPG’ R R’ -H2O védőcsoportok eltávolítása 1 vagy 2 lépésben R’ + PG-HN-CH-COOH R” H2N-CH-CO-HN-CH-CO- HN-CH-CO-OH R” R R’ 2. Fragmenskondenzáció Miben más a szilárdfázisú peptid szintézis? 1. A C-terminális karboxil-csoport védelme a gyantával kialakított kötéssel. H2N-CH-CO- A kötés: - észter - amid R R’ 2. Az α-amino-csoport kötés hasadása nélkül. PG-HN-CH-CO- védőcsoportja R eltávolítható PG: - Boc a peptid-gyanta H3C H3C R’ O O CH3 - Fmoc 3. Funkciós csoportok védése az oldalláncokban. O O Gyantatípusok Gyanta: polisztirol-divinilbenzol kopolimer CH2 polimerizáció + H2C CH2 Fmoc-technika Boc-technika Cl P HO CH2 O CH2 P OCH3 Merrifield gyanta Wang gyanta CH3 Cl H3CO Fmoc MBHA gyanta Cl NH P OCH2-CO-Nle-R H2N P Rink amid-MBHA gyanta Klórtritil gyanta Első aminosav kapcsolása a gyantához MBHA és Rink amid-MBHA, akár a többi aminosavat Merrifield gyanta Cl Boc-Aaa(X)-OCs Boc-HN-CH-CO-O P DMF, 50 °C, 48 h R’(X) Wang gyanta: Fmoc-Aaa(X)-OH + DIC + DMAP H2N-CH-CO- O O CH2 CH2 P R’ Klórtritil gyanta: Fmoc-Aaa(X)-OH + DIEA Cl H2N-CH-CO-O R’ P P Peptidlánc felépítése In situ aktivészteres kapcsolás Boc-technika N N C N N N DCC HOBt OH Fmoc-technika CH3 H3C N CH N C N N HC N H3C DIC CH3 HOBt OH Aminosav származék és kapcsolószerek nagy feleslegben (3 ek.≤) Funkciós csoportok az oldalláncban Boc-technika O Lys C O 2-Cl-Z CH2 Cl Arg O O S Tos CH3 O Asp, Glu Cys O OBzl CH2 CH2 CH3 OcHex O Meb O Ser, Thr, Tyr C O Tyr CH2 CH2 Br Bzl 2-Br-Z O 2N His NO2 Dnp Fmoc-technika H3C Lys H3C O O Boc O CH3 CH3 S O O Arg Asp, Glu dihidrobenzofurán6-szulfonil) CH3 OtBu O H3C CH3 Cys Trt CH3 Ser, Thr, Tyr tBu H3C CH3 CH3 His H3C O CH3 CH2 Bum Pbf CH3 (2,2,4,6,7-pentametil- H3C CH3 CH3 Ideiglenes védőcsoport hasítása Boc-technika CH3 H3C O C O HN-CH-CO- R R’(X) CH3 TFA/DCM CH2 + CO2 + +H3N-CH-CO- H3C R R’(X) CH3 Fmoc-technika O O HN-CH-CO- R R’(X) piperidin/DMF CH2 + CO2 + H2N-CH-COR’(X) R Boc-technika szintézis protokollja (-) sárga 1) Gyanta mosása 3-szor DCM-nal; 0,5-1,0 perc 2) Boc-csoport hasítása 33% TFA/DCM; 2+20 perc 3) Gyanta mosása 5-ször DCM-nal; 0,5-1,0 perc 4) Semlegesítés 3-4-szer 5-10% DIEA/DCM; 1 perc 5) Gyanta mosása 4-szer DCM-nal; 0,5-1,0 perc 6) Kapcsolás: Boc-aminosav származék-DCC-HOBt DCM-DMF elegyben (3 ekv. A gyanta kapacitásához képest); 60 perc 8) Gyanta mosása 2-szer DMF-dal; 0,5-1,0 perc 9) Gyanta mosása 2-szer DMF-dal; 0,5-1,0 perc 10) Ninhidrin (izatin) teszt (+) kék Fmoc-technika szintézis protokollja (-) sárga 1) Gyanta mosása 3-szor DMF-dal; 0,5-1,0 perc 2) Fmoc-csoport hasítása 2% piperidin + 2% DBU/DMF; 2+2+5+10 perc 3) Gyanta mosása 8-szor DMF-dal; 0,5-1,0 perc 4) Kapcsolás: Fmoc-aminosav származék-DIC-HOBt DMF-ban (3 ekv. A gyanta kapacitásához képest); 60 perc 5) Gyanta mosása 2-szer DMF-dal; 0,5-1,0 perc 6) Gyanta mosása 2-szer DCM-nal; 0,5-1,0 perc 7) Ninhidrin (izatin) teszt (+) kék Ninhidrin teszt OH 2 O OH O OH N + NH2-R O O kék OH Pro esetén: O λ(570nm) + N O- Nincs különbség a termék és a ninhidrin színe között sárga O Teszt oldatok: Izatin test: 40 g fenol 10 mL abs. EtOH-ban 65 mg KCN 100 mL deszt. vízben (2 mL-t higítunk 98 mL piridin-nel) 2,5 g ninhidrin 50 mL abs. EtOH-ban NH O 3% izatin + 5% Boc-Phe-OH benzilalkoholban + ninhidrin teszt oldatok A gyanta színe vörös-fekete Peptid (védőcsoportok) hasítása gyantáról Boc-technika Van a peptidben His(Dnp)? igen nem Dnp hasítása Van N-terminális Boc-csoport? (tiofenol:DIEA:DMF 3:3:4 (V/V/V)) igen nem Boc-csoport hasítása A peptid (védőcsoportok) kompatibilisek HF, TMSOTf, TFMSA? HF TFMSA TMSOTf Anizole, p-kresol és DTT 10% TFMSA- 10% tioanizol-TFA 1 M TMSOTf-tioanizol/TFA oldat EDT és m-krezol jelenlétében melyben m-krezol és EDT CH3 O H3C Si O S O H3C O CF3 HO S O CF3 Fmoc-technika Van N-terminális Fmoc-csoport? igen Fmoc hasítás Van a peptidben Arg, Met, Trp vagy Trt? yes Van a peptidben Arg, Met? igen nem nem „A” hasítási elegy nem „B” hasítási elegy Van a peptidben Trp vagy Trt? igen nem B: 0,75 g fenol 0,25 mL EDT 0,50 mL tioanizol 0,50 mL deszt. víz 10 mL TFA „C” hasítási elegy A: 0,5 mL deszt. víz 9,5 mL TFA C: 0,25 mL EDT 0,25 mL deszt. víz 9,50 mL TFA Peptid tisztítása és jellemzése Valamennyi izolálás liofilizálással történik. Nyers peptidet RP-HPLC-val tisztítjuk. A peptid analitikai jellemzése: - analitikai RP-HPLC - tömegspektrométria Miért jó a kémiai peptidszintézis? Gén-technológia népszerű, viszonylag olcsó és egyszerű, de csak hosszabb lineáris fehérjék felépítésére alkalmas L-aminosavakból. De nem lehet: D-aminosavak nem természetes aminosavak poszt transzlációs módosítások(Hyp, Pyr, gliko- és foszfopeptidek) nem lehet elágazó láncú vagy ciklikus peptid fluoreszcens vagy izotóp jelölt peptid Nem természetes aminosavak https://www.peptechcorp.com/documents/Unnatural_amino_acids_in_drug_discovery.pdf Glikopeptidek T. Buskas et al. Glycobiology, 16, 113R–136R, 2006 Elágazó láncú peptidek Hordozó peptidek: H-FRHDSHYX5C-NH2 S-CH2CO-K(S-CH2CO) H-FRHDSHYX5C-NH2 KRRbA-NH2 H-FRHDSHYX5C-NH2 X=Ø (25, MAP(Ab4-10C)4) S-CH2CO-K(S-CH2CO) H-FRHDSHYX5C-NH2 Mező, G., Manea, M. et al. J. Peptide Science 10, 701 (2004) (Arg)n fluoreszcein (Arg)n Lys (Arg)n Lys (Arg)n S Lys Gly-Cys n= 1, 2, 4 és 6 Dendrimer szerkezetű sejtpenetráló oligoargininek vázlatos szerkezete Futaki, S., et al. Biochemistry 41, 7925–7930 (2002) Ciklikus peptidek 1. Természetes toxinok anyagok; antibiotikumok, hormonok, 2. Térszerkezet rögzítése 3. Enzimstabilitás növelése A) Csak amid kötést tartalmaz - fej-farok - oldallánc is érintett B) diszulfid híd, tioéterkötés, észter (lakton), éter, oxim, tiazolidin … stb. Fluoreszcensen jelölt peptidek 1. Molekulák elérhető. nyomon követése – számos jelzőmolekula O O COOH OH lex = 360 nm O lem= 480 nm HO HO O O lex.= 490 nm lem.= 520 nm O O O HO 5-karboxifluoreszcein (Flu) 4-(7-hidroxikumaril)-ecetsav (Hca) O NH2 O- Na+ S NH O OH lex.= 320 nm lem.= 480 nm 5-[(2-aminoetil)amino]napftalin-1-szulfonsav (EDANS) Hca-RQIKIWFQQNRRMKWKKC-NH2 S S Ac-CSK(Flu)PIGPDDAIDALSSDFTS-NH2 Hca-RQIKIWFQNRRMKWKKC-NH2 S-CH2CO-SKPIGPDDAIDALSSDFTS-NH2 H-RQIKIWFQQNRRMKWKKSGKSGMDAALDDLIDTLGG-NH2 A) HcaPenKalpA amid B) HcaPenKalpC tioéter C) HcaPenKalpC tioéter 2. FRET (fluorescence resonance energy transfer) O H3 C O N N N NH TPLKSPPPSPR NH S NH H3 C DABCYL EDANS FInt. DABCYL-TPLKSPPPSPRE(EDANS)RRRRRRR-NH2 Emésztés előtt 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Emésztés után cszubsztrát= 200 mM. , cKalpainB= 0,5 µM lgerj.=320 nm, lem.= 480 nm 350 400 450 500 lgerj.(nm) 550 600 650 O- Na+ O Hipocampus szöveteket 5 percig kezeltünk a sejtpenetráló szubsztrát oldatával (c=50 mM). Hipocampus szöveteket kezeltünk 5 percig a sejtpenetráló szubsztrát oldatával (c=50 mM), majd kalpasztatin A és C konjugátumot adtunk az elegyhez (c=5 μM) és a kezelést további 15 percig folytatuk. Piramidális sejtek régiója (üres nyilak) és más régiók (tele nyilak). Házi feladat Hogyan állítana elő védetlen peptidet a származékból? Mi keletkezik a folyamat végén? (Több lehetséges!) Fmoc-Ala-Lys(2ClZ)-Thr(Bzl)-Arg(Tos)-O P következő lépés is