Los péptidos son una clase de compuestos formados por la conexión de múltiples aminoácidos a través de enlaces peptídicos.Son omnipresentes en los organismos vivos.Hasta ahora se han encontrado decenas de miles de péptidos en los organismos vivos.Los péptidos desempeñan un papel importante en la regulación de las actividades funcionales de diversos sistemas, órganos, tejidos y células y en las actividades de la vida, y a menudo se utilizan en análisis funcionales, investigación de anticuerpos, desarrollo de fármacos y otros campos.Con el desarrollo de la biotecnología y la tecnología de síntesis de péptidos, se han desarrollado y aplicado cada vez más fármacos peptídicos en la clínica.
Existe una amplia variedad de modificaciones de péptidos, que se pueden dividir simplemente en modificación posterior y modificación del proceso (usando modificación de aminoácidos derivada), y modificación N-terminal, modificación C-terminal, modificación de cadena lateral, modificación de aminoácidos, modificación del esqueleto, etc., dependiendo del sitio de modificación (Figura 1).Como medio importante para cambiar la estructura de la cadena principal o los grupos de cadenas laterales de las cadenas peptídicas, la modificación de péptidos puede cambiar eficazmente las propiedades físicas y químicas de los compuestos peptídicos, aumentar la solubilidad en agua, prolongar el tiempo de acción in vivo, cambiar su distribución biológica y eliminar la inmunogenicidad. , reducir los efectos secundarios tóxicos, etc. En este artículo, se presentan varias estrategias importantes de modificación de péptidos y sus características.
1. Ciclación
Los péptidos cíclicos tienen muchas aplicaciones en biomedicina y muchos péptidos naturales con actividad biológica son péptidos cíclicos.Debido a que los péptidos cíclicos tienden a ser más rígidos que los lineales, son extremadamente resistentes al sistema digestivo, pueden sobrevivir en el tracto digestivo y exhiben una mayor afinidad por los receptores diana.La ciclación es la forma más directa de sintetizar péptidos cíclicos, especialmente para péptidos con un esqueleto estructural grande.Según el modo de ciclación, se puede dividir en tipo cadena lateral-cadena lateral, terminal - tipo cadena lateral, terminal - tipo terminal (tipo de extremo a extremo).
(1) cadena lateral a cadena lateral
El tipo más común de ciclación de cadena lateral a cadena lateral es el puente disulfuro entre residuos de cisteína.Esta ciclación se introduce mediante la desprotección de un par de residuos de cisteína y luego se oxidan para formar enlaces disulfuro.La síntesis policíclica se puede lograr mediante la eliminación selectiva de grupos protectores sulfhidrilo.La ciclación se puede realizar en un disolvente posterior a la disociación o en una resina previa a la disociación.La ciclación sobre resinas puede ser menos eficaz que la ciclación con disolvente porque los péptidos sobre las resinas no forman fácilmente conformaciones cicladas.Otro tipo de ciclación de cadena lateral - cadena lateral es la formación de una estructura amida entre un residuo de ácido aspártico o ácido glutámico y el aminoácido base, lo que requiere que el grupo protector de la cadena lateral pueda eliminarse selectivamente del polipéptido. sobre la resina o después de la disociación.El tercer tipo de ciclación de cadena lateral es la formación de éteres de difenilo mediante tirosina o p-hidroxifenilglicina.Este tipo de ciclación en productos naturales sólo se encuentra en productos microbianos y los productos de ciclación suelen tener un valor medicinal potencial.La preparación de estos compuestos requiere condiciones de reacción únicas, por lo que no se suelen utilizar en la síntesis de péptidos convencionales.
(2) terminal a cadena lateral
La ciclación de la cadena lateral terminal generalmente involucra el C-terminal con el grupo amino de la cadena lateral de lisina u ornitina, o el N-terminal con la cadena lateral de ácido aspártico o ácido glutámico.Otra ciclación de polipéptidos se realiza formando enlaces éter entre el C terminal y las cadenas laterales de serina o treonina.
(3) Tipo terminal o de cabeza a cola
Los polipéptidos de cadena pueden ciclarse en un disolvente o fijarse en una resina mediante ciclación de cadenas laterales.Se deben utilizar bajas concentraciones de péptidos en la centralización de disolventes para evitar la oligomerización de los péptidos.El rendimiento de un polipéptido de anillo sintético de cabeza a cola depende de la secuencia de la cadena polipeptídica.Por lo tanto, antes de preparar péptidos cíclicos a gran escala, primero se debe crear una biblioteca de posibles péptidos principales encadenados, seguido de ciclación para encontrar la secuencia con los mejores resultados.
2. N-metilación
La N-metilación ocurre originalmente en péptidos naturales y se introduce en la síntesis de péptidos para prevenir la formación de enlaces de hidrógeno, lo que hace que los péptidos sean más resistentes a la biodegradación y la eliminación.La síntesis de péptidos utilizando derivados de aminoácidos N-metilados es el método más importante.Además, también se puede utilizar la reacción de Mitsunobu de intermedios de resina polipéptido de N-(cloruro de 2-nitrobenceno sulfonilo) con metanol.Este método se ha utilizado para preparar bibliotecas de péptidos cíclicos que contienen aminoácidos N-metilados.
3. Fosforilación
La fosforilación es una de las modificaciones postraduccionales más comunes en la naturaleza.En las células humanas, más del 30% de las proteínas están fosforiladas.La fosforilación, especialmente la fosforilación reversible, juega un papel importante en el control de muchos procesos celulares, como la transducción de señales, la expresión genética, el ciclo celular y la regulación del citoesqueleto, y la apoptosis.
La fosforilación se puede observar en una variedad de residuos de aminoácidos, pero los objetivos de fosforilación más comunes son los residuos de serina, treonina y tirosina.Los derivados de fosfotirosina, fosfotreonina y fosfoserina pueden introducirse en los péptidos durante la síntesis o formarse después de la síntesis de péptidos.La fosforilación selectiva se puede lograr utilizando residuos de serina, treonina y tirosina que eliminan selectivamente los grupos protectores.Algunos reactivos de fosforilación también pueden introducir grupos de ácido fosfórico en el polipéptido mediante modificación posterior.En los últimos años, la fosforilación de lisina en un sitio específico se ha logrado mediante una reacción químicamente selectiva de fosfito de Staudinger (Figura 3).
4. Miristoilación y palmitoilación
La acilación del N-terminal con ácidos grasos permite que los péptidos o proteínas se unan a las membranas celulares.La secuencia miridamoilada en el extremo N-terminal permite que las proteínas quinasas de la familia Src y las proteínas Gaq con transcriptasa inversa se dirijan a unirse a las membranas celulares.El ácido mirístico se unió al terminal N del polipéptido de resina usando reacciones de acoplamiento estándar, y el lipopéptido resultante pudo disociarse en condiciones estándar y purificarse mediante RP-HPLC.
5. Glicosilación
Los glicopéptidos como la vancomicina y la teicolanina son antibióticos importantes para el tratamiento de infecciones bacterianas resistentes a los medicamentos y, a menudo, se utilizan otros glicopéptidos para estimular el sistema inmunológico.Además, dado que muchos antígenos microbianos están glicosilados, es de gran importancia estudiar los glicopéptidos para mejorar el efecto terapéutico de la infección.Por otro lado, se ha descubierto que las proteínas de la membrana celular de las células tumorales presentan una glicosilación anormal, lo que hace que los glicopéptidos desempeñen un papel importante en la investigación de la defensa inmune del cáncer y los tumores.Los glicopéptidos se preparan mediante el método Fmoc/t-Bu.Los residuos glicosilados, como la treonina y la serina, a menudo se introducen en los polipéptidos mediante fMOC activados con éster de pentafluorofenol para proteger los aminoácidos glicosilados.
6. isopreno
La isopentadienilación ocurre en los residuos de cisteína en la cadena lateral cerca del C-terminal.La proteína isopreno puede mejorar la afinidad de la membrana celular y formar una interacción proteína-proteína.Las proteínas isopentadienadas incluyen tirosina fosfatasa, GTasa pequeña, moléculas de cochaperona, lámina nuclear y proteínas de unión centromérica.Los polipéptidos de isopreno se pueden preparar usando isopreno sobre resinas o introduciendo derivados de cisteína.
7. Modificación del polietilenglicol (PEG)
La modificación con PEG se puede utilizar para mejorar la estabilidad hidrolítica de proteínas, la biodistribución y la solubilidad de los péptidos.La introducción de cadenas de PEG en los péptidos puede mejorar sus propiedades farmacológicas y también inhibir la hidrólisis de los péptidos por enzimas proteolíticas.Los péptidos PEG pasan a través de la sección transversal de los capilares glomerulares más fácilmente que los péptidos ordinarios, lo que reduce en gran medida el aclaramiento renal.Debido a la vida media activa prolongada de los péptidos PEG in vivo, el nivel de tratamiento normal se puede mantener con dosis más bajas y fármacos peptídicos menos frecuentes.Sin embargo, la modificación con PEG también tiene efectos negativos.Grandes cantidades de PEG evitan que la enzima degrade el péptido y también reducen la unión del péptido al receptor objetivo.Pero la baja afinidad de los péptidos PEG generalmente se ve compensada por su vida media farmacocinética más larga y, al estar presentes en el cuerpo por más tiempo, los péptidos PEG tienen una mayor probabilidad de ser absorbidos en los tejidos diana.Por lo tanto, las especificaciones del polímero PEG deben optimizarse para obtener resultados óptimos.Por otro lado, los péptidos PEG se acumulan en el hígado debido a la reducción del aclaramiento renal, lo que da lugar al síndrome macromolecular.Por lo tanto, las modificaciones de PEG deben diseñarse con más cuidado cuando se utilizan péptidos para pruebas de fármacos.
Los grupos de modificación comunes de los modificadores de PEG se pueden resumir aproximadamente de la siguiente manera: amino (-amina) -NH2, aminometil-Ch2-NH2, hidroxi-OH, carboxi-Cooh, sulfhidrilo (-tiol) -SH, maleimida -MAL, carbonato de succinimida - SC, acetato de succinimida -SCM, propionato de succinimida -SPA, n-hidroxisuccinimida -NHS, acrilato-ch2ch2cooh, aldehído -CHO (como propional-ald, butyrALD), base acrílica (-acrilato-acrl), azido-azida, biotinilo - Biotina, fluoresceína, glutaril -GA, acrilato-hidrazida, alquino-alquino, p-toluenosulfonato -OT, succinimida succinato -SS, etc. Los derivados de PEG con ácidos carboxílicos se pueden acoplar a aminas n-terminales o cadenas laterales de lisina.El PEG aminoactivado se puede acoplar a cadenas laterales de ácido aspártico o ácido glutámico.El PEG mal activado se puede conjugar con mercaptano de cadenas laterales de cisteína completamente desprotegidas [11].Los modificadores de PEG se clasifican comúnmente de la siguiente manera (nota: mPEG es metoxi-PEG, CH3O-(CH2CH2O)n-CH2CH2-OH):
(1) modificador de PEG de cadena lineal
mPEG-SC, mPEG-SCM, mPEG-SPA, mPEG-OT, mPEG-SH, mPEG-ALD, mPEG-butirALD, mPEG-SS
(2) modificador de PEG bifuncional
HCOO-PEG-COOH, NH2-PEG-NH2, OH-PEG-COOH, OH-PEG-NH2, HCl·NH2-PEG-COOH, MAL-PEG-NHS
(3) modificador de PEG de ramificación
(mPEG)2-NHS, (mPEG)2-ALD, (mPEG)2-NH2, (mPEG)2-MAL
8. Biotinización
La biotina se puede unir fuertemente con avidina o estreptavidina, y la fuerza de unión es incluso cercana al enlace covalente.Los péptidos marcados con biotina se utilizan comúnmente en inmunoensayos, histocitoquímica y citometría de flujo basada en fluorescencia.También se pueden utilizar anticuerpos antibiotina marcados para unir péptidos biotinilados.Las etiquetas de biotina suelen estar unidas a la cadena lateral de lisina o al terminal N.El ácido 6-aminocaproico se utiliza a menudo como enlace entre péptidos y biotina.La unión es flexible al unirse al sustrato y se une mejor en presencia de impedimento estérico.
9. Etiquetado fluorescente
El etiquetado fluorescente se puede utilizar para rastrear polipéptidos en células vivas y estudiar enzimas y mecanismos de acción.El triptófano (Trp) es fluorescente, por lo que puede utilizarse para el etiquetado intrínseco.El espectro de emisión del triptófano depende del entorno periférico y disminuye al disminuir la polaridad del disolvente, una propiedad que es útil para detectar la estructura del péptido y la unión al receptor.La fluorescencia del triptófano se puede apagar con ácido aspártico protonado y ácido glutámico, lo que puede limitar su uso.El grupo cloruro de dansilo (Dansyl) es altamente fluorescente cuando está unido a un grupo amino y a menudo se usa como marcador fluorescente para aminoácidos o proteínas.
La conversión de energía por resonancia de fluorescencia (FRET) es útil para estudios de enzimas.Cuando se aplica FRET, el polipéptido sustrato normalmente contiene un grupo marcador de fluorescencia y un grupo de extinción de fluorescencia.El extintor apaga los grupos fluorescentes marcados mediante transferencia de energía no fotónica.Cuando el péptido se disocia de la enzima en cuestión, el grupo marcador emite fluorescencia.
10. Polipéptidos de jaula
Los péptidos de jaula tienen grupos protectores ópticamente removibles que protegen al péptido de unirse al receptor.Cuando se expone a la radiación ultravioleta, el péptido se activa, restableciendo su afinidad con el receptor.Debido a que esta activación óptica se puede controlar según el tiempo, la amplitud o la ubicación, los péptidos de jaula se pueden utilizar para estudiar reacciones que ocurren en las células.Los grupos protectores más comúnmente utilizados para los polipéptidos de jaula son los grupos 2-nitrobencilo y sus derivados, que pueden introducirse en la síntesis de péptidos a través de derivados de aminoácidos protectores.Los derivados de aminoácidos que se han desarrollado son lisina, cisteína, serina y tirosina.Sin embargo, los derivados de aspartato y glutamato no se utilizan habitualmente debido a su susceptibilidad a la ciclación durante la síntesis y disociación de péptidos.
11. Péptido poliantigénico (MAP)
Los péptidos cortos no suelen ser inmunes y deben acoplarse a proteínas transportadoras para producir anticuerpos.El péptido poliantigénico (MAP) está compuesto por múltiples péptidos idénticos conectados a núcleos de lisina, que pueden expresar específicamente inmunógenos de alta potencia y pueden usarse para preparar pareados de proteínas portadoras de péptidos.Los polipéptidos MAP se pueden sintetizar mediante síntesis en fase sólida sobre resina MAP.Sin embargo, el acoplamiento incompleto da como resultado cadenas peptídicas faltantes o truncadas en algunas ramas y, por lo tanto, no exhibe las propiedades del polipéptido MAP original.Como alternativa, los péptidos pueden prepararse y purificarse por separado y luego acoplarse a MAP.La secuencia peptídica unida al núcleo peptídico está bien definida y se caracteriza fácilmente mediante espectrometría de masas.
Conclusión
La modificación de péptidos es un medio importante para diseñar péptidos.Los péptidos modificados químicamente no sólo pueden mantener una alta actividad biológica, sino que también evitan eficazmente los inconvenientes de la inmunogenicidad y la toxicidad.Al mismo tiempo, la modificación química puede dotar a los péptidos de nuevas propiedades excelentes.En los últimos años, el método de activación de CH para la posmodificación de polipéptidos se ha desarrollado rápidamente y se han logrado muchos resultados importantes.
Hora de publicación: 20-mar-2023