Els pèptids són una classe de compostos formats per la connexió de múltiples aminoàcids mitjançant enllaços peptídics.Són omnipresents en els organismes vius.Fins ara, s'han trobat desenes de milers de pèptids en organismes vius.Els pèptids tenen un paper important en la regulació de les activitats funcionals de diversos sistemes, òrgans, teixits i cèl·lules i en activitats vitals, i sovint s'utilitzen en anàlisis funcionals, investigació d'anticossos, desenvolupament de fàrmacs i altres camps.Amb el desenvolupament de la biotecnologia i la tecnologia de síntesi de pèptids, s'han desenvolupat i aplicat més i més fàrmacs de pèptids a la clínica.
Hi ha una gran varietat de modificacions de pèptids, que es poden dividir simplement en modificació posterior i modificació del procés (utilitzant modificació d'aminoàcids derivats) i modificació N-terminal, modificació C-terminal, modificació de la cadena lateral, modificació d'aminoàcids, modificació de l'esquelet, etc., segons el lloc de modificació (figura 1).Com a mitjà important per canviar l'estructura de la cadena principal o els grups de la cadena lateral de les cadenes peptídiques, la modificació de pèptids pot canviar eficaçment les propietats físiques i químiques dels compostos peptídics, augmentar la solubilitat en aigua, allargar el temps d'acció in vivo, canviar la seva distribució biològica, eliminar la immunogenicitat. , reduir els efectes secundaris tòxics, etc. En aquest article s'introdueixen diverses estratègies principals de modificació de pèptids i les seves característiques.
1. Ciclisme
Els pèptids cíclics tenen moltes aplicacions en biomedicina, i molts pèptids naturals amb activitat biològica són pèptids cíclics.Com que els pèptids cíclics solen ser més rígids que els lineals, són extremadament resistents al sistema digestiu, poden sobreviure al tracte digestiu i presenten una afinitat més forta pels receptors diana.La ciclització és la forma més directa de sintetitzar pèptids cíclics, especialment per a pèptids amb gran esquelet estructural.Segons el mode de ciclització, es pot dividir en tipus de cadena lateral de cadena lateral, terminal - tipus de cadena lateral, terminal - tipus de terminal (tipus d'extrem a extrem).
(1) cadena lateral a cadena lateral
El tipus més comú de ciclació de cadena lateral a cadena lateral és el pont disulfur entre els residus de cisteïna.Aquesta ciclització s'introdueix mitjançant la desprotecció d'un parell de residus de cisteïna i després s'oxiden per formar enllaços disulfur.La síntesi policíclica es pot aconseguir mitjançant l'eliminació selectiva dels grups de protecció sulfhidril.La ciclització es pot fer en un dissolvent post-disociació o en una resina de pre-dissociació.La ciclació sobre resines pot ser menys efectiva que la ciclació amb dissolvent perquè els pèptids de les resines no formen fàcilment conformacions ciclificades.Un altre tipus de ciclació de cadena lateral - cadena lateral és la formació d'una estructura d'amida entre un residu d'àcid aspártic o d'àcid glutàmic i l'aminoàcid base, que requereix que el grup de protecció de la cadena lateral s'hagi de poder eliminar selectivament del polipèptid. sobre la resina o després de la dissociació.El tercer tipus de ciclació de cadena lateral - cadena lateral és la formació d'èters difenílics per tirosina o p-hidroxifenilglicina.Aquest tipus de ciclització en productes naturals només es troba en productes microbians, i els productes de ciclització sovint tenen un valor medicinal potencial.La preparació d'aquests compostos requereix condicions de reacció úniques, per la qual cosa no s'utilitzen sovint en la síntesi de pèptids convencionals.
(2) terminal a cadena lateral
La ciclació de la cadena lateral terminal sol implicar l'extrem C-terminal amb el grup amino de la cadena lateral de la lisina o l'ornitina, o l'extrem N amb la cadena lateral de l'àcid aspártic o l'àcid glutàmic.Una altra ciclació polipeptídica es fa mitjançant la formació d'enllaços èter entre C terminal i les cadenes laterals de serina o treonina.
(3) Tipus terminal o de cap a cua
Els polipèptids de cadena es poden ciclar en un dissolvent o fixar-se en una resina mitjançant ciclació de cadena lateral.S'han d'utilitzar concentracions baixes de pèptids en la centralització de dissolvents per evitar l'oligomerització dels pèptids.El rendiment d'un polipèptid d'anell sintètic de cap a cua depèn de la seqüència del polipèptid de la cadena.Per tant, abans de preparar pèptids cíclics a gran escala, primer s'hauria de crear una biblioteca de possibles pèptids de plom encadenats, seguit de la ciclització per trobar la seqüència amb els millors resultats.
2. N-metilació
La N-metilació es produeix originalment en pèptids naturals i s'introdueix en la síntesi de pèptids per evitar la formació d'enllaços d'hidrogen, fent que els pèptids siguin més resistents a la biodegradació i l'eliminació.La síntesi de pèptids utilitzant derivats d'aminoàcids N-metilats és el mètode més important.A més, també es pot utilitzar la reacció de Mitsunobu d'intermedis de resina polipeptídica N-(2-nitrobenzè sulfonil clorur) amb metanol.Aquest mètode s'ha utilitzat per preparar biblioteques de pèptids cíclics que contenen aminoàcids N-metilats.
3. Fosforilació
La fosforilació és una de les modificacions post-traduccionals més comunes a la natura.A les cèl·lules humanes, més del 30% de les proteïnes estan fosforilades.La fosforilació, especialment la fosforilació reversible, té un paper important en el control de molts processos cel·lulars, com ara la transducció de senyals, l'expressió gènica, la regulació del cicle cel·lular i del citoesquelet i l'apoptosi.
La fosforilació es pot observar en una varietat de residus d'aminoàcids, però els objectius de fosforilació més comuns són els residus de serina, treonina i tirosina.Els derivats de fosfotirosina, fosfotreonina i fosforesina es poden introduir en pèptids durant la síntesi o formar-se després de la síntesi de pèptids.La fosforilació selectiva es pot aconseguir utilitzant residus de serina, treonina i tirosina que eliminen selectivament els grups protectors.Alguns reactius de fosforilació també poden introduir grups d'àcid fosfòric al polipèptid per postmodificació.En els darrers anys, s'ha aconseguit la fosforilació específica del lloc de la lisina mitjançant una reacció de fosfit de Staudinger químicament selectiva (figura 3).
4. Miristoilació i palmitoilació
L'acilació de l'N-terminal amb àcids grassos permet que pèptids o proteïnes s'uneixin a les membranes cel·lulars.La seqüència miridamoilada a l'N-terminal permet que les proteïnes cinases de la família Src i les proteïnes Gaq de transcriptasa inversa siguin dirigides per unir-se a les membranes cel·lulars.L'àcid mirístic es va vincular a l'N-terminal del polipèptid-resina mitjançant reaccions d'acoblament estàndard, i el lipopèptid resultant es va poder dissociar en condicions estàndard i purificar-se mitjançant RP-HPLC.
5. Glicosilació
Els glicopèptids com la vancomicina i la teicolanina són antibiòtics importants per al tractament d'infeccions bacterianes resistents als fàrmacs, i sovint s'utilitzen altres glicopèptids per estimular el sistema immunitari.A més, com que molts antígens microbians estan glicosilats, és de gran importància estudiar glicopèptids per millorar l'efecte terapèutic de la infecció.D'altra banda, s'ha trobat que les proteïnes de la membrana cel·lular de les cèl·lules tumorals presenten una glicosilació anormal, la qual cosa fa que els glicopèptids tinguin un paper important en la investigació del càncer i de la defensa immune del tumor.Els glicopèptids es preparen pel mètode Fmoc/t-Bu.Els residus glicosilats, com ara la treonina i la serina, s'introdueixen sovint als polipèptids mitjançant fMOC activats per èster de pentafluorofenol per protegir els aminoàcids glicosilats.
6. Isoprè
La isopentadienilació es produeix als residus de cisteïna de la cadena lateral prop del C-terminal.L'isoprè proteic pot millorar l'afinitat de la membrana cel·lular i formar una interacció proteïna-proteïna.Les proteïnes isopentadienades inclouen tirosina fosfatasa, GTasa petita, molècules de cochaperona, làmina nuclear i proteïnes d'unió centromèrica.Els polipèptids d'isoprè es poden preparar utilitzant isoprèn sobre resines o introduint derivats de cisteïna.
7. Modificació de polietilenglicol (PEG).
La modificació de PEG es pot utilitzar per millorar l'estabilitat hidrolítica de proteïnes, la biodistribució i la solubilitat del pèptid.La introducció de cadenes PEG als pèptids pot millorar les seves propietats farmacològiques i també inhibir la hidròlisi dels pèptids per enzims proteolítics.Els pèptids PEG travessen la secció transversal capil·lar glomerular més fàcilment que els pèptids normals, reduint molt l'eliminació renal.A causa de la vida mitjana activa prolongada dels pèptids PEG in vivo, el nivell de tractament normal es pot mantenir amb dosis més baixes i fàrmacs pèptids menys freqüents.Tanmateix, la modificació del PEG també té efectes negatius.Grans quantitats de PEG impedeixen que l'enzim degradi el pèptid i també redueix la unió del pèptid al receptor objectiu.Però la baixa afinitat dels pèptids PEG normalment es compensa amb la seva semivida farmacocinètica més llarga i, en estar presents més temps al cos, els pèptids PEG tenen una major probabilitat d'absorbir-se als teixits diana.Per tant, les especificacions del polímer PEG s'han d'optimitzar per obtenir resultats òptims.D'altra banda, els pèptids PEG s'acumulen al fetge a causa de la reducció de l'eliminació renal, donant lloc a la síndrome macromolecular.Per tant, les modificacions del PEG s'han de dissenyar amb més cura quan s'utilitzen pèptids per a proves de fàrmacs.
Els grups de modificació comuns de modificadors de PEG es poden resumir aproximadament de la següent manera: Amino (-amina) -NH2, aminometil-Ch2-NH2, hidroxi-OH, carboxi-Cooh, sulfhidril (-Tiol) -SH, Maleimida -MAL, carbonat de succinimida - SC, acetat de succinimida -SCM, propionat de succinimida -SPA, n-hidroxisuccinimida -NHS, acrilat-ch2ch2cooh, aldehid -CHO (com propinal-ald, butyrALD), base acrílica (-acrilat-acrl), azido-azida, biotinil - Biotina, fluoresceïna, glutaril -GA, acrilat hidrazida, alquin-alquin, p-toluensulfonat -OTs, succinimida succinat -SS, etc. Els derivats de PEG amb àcids carboxílics es poden acoblar a amines n-terminals o cadenes laterals de lisina.El PEG activat per aminos es pot acoblar a cadenes laterals d'àcid aspártic o àcid glutàmic.El PEG mal-activat es pot conjugar a mercaptan de cadenes laterals de cisteïna totalment desprotegidas [11].Els modificadors de PEG es classifiquen habitualment de la següent manera (nota: mPEG és metoxi-PEG, CH3O-(CH2CH2O)n-CH2CH2-OH):
(1) modificador PEG de cadena recta
mPEG-SC, mPEG-SCM, mPEG-SPA, mPEG-OTs, mPEG-SH, mPEG-ALD, mPEG-butyrALD, mPEG-SS
(2) modificador PEG bifuncional
HCOO-PEG-COOH, NH2-PEG-NH2, OH-PEG-COOH, OH-PEG-NH2, HCl·NH2-PEG-COOH, MAL-PEG-NHS
(3) modificador PEG de ramificació
(mPEG)2-NHS, (mPEG)2-ALD, (mPEG)2-NH2, (mPEG)2-MAL
8. Biotinització
La biotina es pot unir fortament amb avidina o estreptavidina, i la força d'unió és fins i tot propera a l'enllaç covalent.Els pèptids marcats amb biotina s'utilitzen habitualment en immunoassaig, histocitoquímica i citometria de flux basada en fluorescència.Els anticossos antibiotina marcats també es poden utilitzar per unir pèptids biotinilats.Les etiquetes de biotina sovint s'uneixen a la cadena lateral de la lisina o al terminal N.L'àcid 6-aminocaproic s'utilitza sovint com a unió entre pèptids i biotina.L'enllaç és flexible a l'hora d'unir-se al substrat i s'uneix millor en presència d'obstacles estèrics.
9. Etiquetatge fluorescent
L'etiquetatge fluorescent es pot utilitzar per rastrejar polipèptids en cèl·lules vives i per estudiar enzims i mecanismes d'acció.El triptòfan (Trp) és fluorescent, de manera que es pot utilitzar per a l'etiquetatge intrínsec.L'espectre d'emissió del triptòfan depèn de l'entorn perifèric i disminueix amb la disminució de la polaritat del dissolvent, propietat útil per detectar l'estructura del pèptid i la unió al receptor.La fluorescència del triptòfan es pot apagar mitjançant l'àcid aspártic protonat i l'àcid glutàmic, que poden limitar-ne l'ús.El grup de clorur de Dansyl (Dansyl) és altament fluorescent quan s'uneix a un grup amino i sovint s'utilitza com a etiqueta fluorescent per a aminoàcids o proteïnes.
Ressonància de fluorescència La conversió d'energia (FRET) és útil per als estudis d'enzims.Quan s'aplica FRET, el polipèptid del substrat normalment conté un grup d'etiquetatge de fluorescència i un grup d'extinció de la fluorescència.Els grups fluorescents marcats són apagats pel extintor mitjançant la transferència d'energia no fotogràfica.Quan el pèptid es dissocia de l'enzim en qüestió, el grup d'etiquetatge emet fluorescència.
10. Polipèptids de gàbia
Els pèptids de gàbia tenen grups protectors òpticament extraïbles que protegeixen el pèptid de la unió al receptor.Quan s'exposa a la radiació UV, el pèptid s'activa, restaurant la seva afinitat amb el receptor.Com que aquesta activació òptica es pot controlar segons el temps, l'amplitud o la ubicació, els pèptids de gàbia es poden utilitzar per estudiar les reaccions que es produeixen a les cèl·lules.Els grups protectors més utilitzats per als polipèptids de gàbia són els grups 2-nitrobenzil i els seus derivats, que es poden introduir en la síntesi de pèptids mitjançant derivats protectors d'aminoàcids.Els derivats dels aminoàcids que s'han desenvolupat són la lisina, la cisteïna, la serina i la tirosina.Tanmateix, els derivats d'aspartat i glutamat no s'utilitzen habitualment a causa de la seva susceptibilitat a la ciclització durant la síntesi i la dissociació de pèptids.
11. Pèptid poliantigènic (MAP)
Els pèptids curts no solen ser immunes i s'han d'acoblar a proteïnes portadores per produir anticossos.El pèptid poliantigènic (MAP) es compon de múltiples pèptids idèntics connectats a nuclis de lisina, que poden expressar específicament immunògens d'alta potència i es poden utilitzar per preparar cops de proteïnes portadores de pèptids.Els polipèptids MAP es poden sintetitzar mitjançant síntesi en fase sòlida sobre resina MAP.Tanmateix, l'acoblament incomplet dóna lloc a cadenes peptídiques faltes o truncades en algunes branques i, per tant, no presenta les propietats del polipèptid MAP original.Com a alternativa, els pèptids es poden preparar i purificar per separat i després acoblar-los a MAP.La seqüència peptídica unida al nucli peptídic està ben definida i es caracteritza fàcilment per espectrometria de masses.
Conclusió
La modificació de pèptids és un mitjà important per dissenyar pèptids.Els pèptids modificats químicament no només poden mantenir una alta activitat biològica, sinó que també poden evitar eficaçment els inconvenients de la immunogenicitat i la toxicitat.Al mateix temps, la modificació química pot dotar els pèptids d'algunes noves propietats excel·lents.En els últims anys, el mètode d'activació de CH per a la modificació posterior de polipèptids s'ha desenvolupat ràpidament i s'han aconseguit molts resultats importants.
Hora de publicació: 20-mar-2023