Een polypeptide is een verbinding die wordt gevormd door twee of meer aminozuren die met elkaar zijn verbonden door peptidebindingen (amidebindingen). Polypeptiden spelen een cruciale rol bij het reguleren van de functionele activiteiten van verschillende systemen, organen, weefsels en cellen in het lichaam, en worden vaak gebruikt bij functionele analyse, onderzoek naar antilichamen en de ontwikkeling van geneesmiddelen. Het modificeren van polypeptiden om hun fysisch-chemische eigenschappen te veranderen is een veelgebruikte techniek bij polypeptideonderzoek. Polypeptidemodificaties zijn divers en op basis van de modificatieplaats kunnen ze worden onderverdeeld in N-terminale modificaties, C-terminale modificaties, zijketenmodificaties, aminozuurmodificaties en backbone-modificaties (Figuur 1). Als een belangrijk middel om de hoofdketenstructuur of zijketengroepen van peptiden te veranderen, kan polypeptidemodificatie effectief de fysisch-chemische eigenschappen van peptideverbindingen veranderen, de wateroplosbaarheid verhogen, hun biodistributie veranderen, de in vivo actietijd verlengen, toxische bijwerkingen verminderen en immunogeniciteit elimineren. Vandaag zullen we enkele van de belangrijkste polypeptidemodificaties en hun kenmerken introduceren.
1. Cyclus
In de natuur zijn veel biologisch actieve polypeptiden cyclische polypeptiden; daarom hebben cyclische peptiden talloze toepassingen in de moderne biogeneeskunde. Cyclische peptiden hebben, vergeleken met lineaire peptiden, een betere stijfheid en zijn zeer resistent tegen het spijsverteringsstelsel, waardoor ze in het spijsverteringskanaal kunnen overleven en een sterkere affiniteit voor doelreceptoren vertonen. Cyclische peptiden worden doorgaans gevormd door cyclisatie, die kan worden onderverdeeld in zij-keten-naar-zij-keten, terminal-naar-zij-keten en terminal-naar-terminale (kop-naar-staartgekoppelde) cyclisatiemethoden.
(1) Cyclisatie van zij-keten-naar-zij-keten
Disulfidebrugvorming tussen cysteïneresiduen is een van de meest gebruikelijke manieren om peptideringen te vormen, en deze methode behoort tot de cyclisatie van zij-keten-naar-zij-keten. Deze cyclisatie wordt geïntroduceerd door een paar cysteïneresiduen te ontschermen en deze vervolgens te oxideren om een disulfidebinding te vormen. Polycyclische synthese kan worden bereikt door selectief de thiolbeschermende groep te verwijderen. Cyclisatie kan worden uitgevoerd in het oplosmiddel na dissociatie of op de hars vóór dissociatie. Omdat peptiden op hars niet gemakkelijk cycliseerbare conformaties vormen, kan cyclisatie op hars minder efficiënt zijn dan cyclisatie in oplosmiddel. Het tweede type cyclisatie van de zijketen-zijketen- omvat de vorming van een amidestructuur tussen asparaginezuur- of glutaminezuurresiduen en het basische aminozuur. Dit vereist dat de beschermende groep op de zijketen selectief moet worden verwijderd, zowel op de hars als na dissociatie. Het derde type zijketen-zijketen-cyclisatie omvat de vorming van een bifenylether uit tyrosine of p-hydroxyfenylglycine; de bereiding van deze verbindingen vereist echter unieke reactieomstandigheden en wordt daarom niet vaak gebruikt bij de synthese van conventionele peptiden.
(2) Terminal-naar-zijketen
Cyclisatie van terminale-naar-zijketen omvat doorgaans de vorming van een amidebinding tussen het C--uiteinde en de aminogroep van de lysine- of ornithine-zijketen, of tussen het N--uiteinde en de asparaginezuur- of glutaminezuurzijketen. Sommige peptidecyclisaties worden ook gevormd door de vorming van een etherbinding tussen het terminale C--uiteinde en de serine- of threoninezijketen.
(3) Kop-naar-staart (of terminal-terminale) cyclisatie wordt gevormd door amidering van de N-terminale aminogroep en de C-terminale carboxylgroep van het peptide. Keten-achtige peptiden kunnen worden gecycliseerd in een oplosmiddel of geïmmobiliseerd op een hars via zij-ketencyclisatie. Cyclering in oplosmiddelen moet worden uitgevoerd met lage concentraties peptiden om oligomerisatie te voorkomen. De opbrengst van de kop-tot-staartketensynthese van cyclische peptiden hangt af van de sequentie van het ketenpeptide. Daarom moet vóór de grootschalige bereiding van cyclische peptiden eerst een bibliotheek van potentiële keten-lead-peptiden worden gecreëerd, gevolgd door cyclisatie om de sequentie te vinden die de beste resultaten oplevert.
2. Glycosylering
Onze meest voorkomende glycopeptiden, zoals vancomycine en teicoplanine, zijn belangrijke antibiotica voor de behandeling van medicijn-resistente bacteriële infecties. Andere glycopeptiden worden vaak gebruikt om het immuunsysteem te stimuleren. Omdat veel microbiële antigenen geglycosyleerd zijn, is het bestuderen van glycopeptiden bovendien belangrijk voor het verbeteren van de therapeutische werkzaamheid van infecties. Aan de andere kant hebben onderzoeken aangetoond dat eiwitten op de celmembranen van tumorcellen abnormale glycosylatie vertonen, waardoor glycopeptiden een belangrijke rol spelen bij onderzoek naar kanker en de immuunafweer van tumoren. Voor de bereiding van glycopeptiden wordt doorgaans de Fmoc/t-Bu-methode gebruikt. Geglycosyleerde residuen, zoals threonine en serine, worden vaak in peptiden geïntroduceerd via Fmoc-bescherming geactiveerd door pentafluorfenolesters.
3. Fosforylering
In menselijke cellen is meer dan 30% van de eiwitten gefosforyleerd. Fosforylatie, vooral omkeerbare fosforylering, speelt een cruciale rol bij het beheersen van veel cellulaire processen, zoals signaaltransductie, genexpressie, celcyclus- en cytoskeletregulatie, en apoptose.
Fosforylering kan worden waargenomen op een breed scala aan aminozuurresiduen, maar de meest voorkomende fosforyleringsdoelen zijn serine-, threonine- en tyrosineresiduen. Fosfotyrosine, fosfothreonine en fosfoserinederivaten kunnen tijdens de synthese in peptiden worden geïntroduceerd of na de -synthese worden gevormd. Selectieve fosforylering kan worden bereikt met behulp van serine-, threonine- en tyrosineresiduen met selectieve verwijdering van beschermende groepen. Sommige fosforylerende middelen kunnen ook fosfaatgroepen in peptiden introduceren via post-modificatie. Onlangs zijn er gevallen geweest van plaatsspecifieke fosforylering van lysine met behulp van de chemoselectieve Staudinger-fosfietreactie.
