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通过微波增强的多肽固相合成自动合成首尾相连的环肽

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摘要

使用 Liberty Blue™ 和 Liberty PRIME™ 多肽合成仪可以快速、高纯度进行头尾环化肽的全自动合成。微波增强的多肽固相合成(SPPS)不仅有利于线性组装,而且有利于随后的环化步骤,在各种困难的生物学重要肽上实现了极高的纯度合成。Liberty PRIME 上使用的一锅法 Fmoc SPPS 循环进一步改善合成时间、减少浪费。

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表1 :全自动合成首尾相连的环化肽

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表2:Liberty Blue 和 Liberty PRIME 合成 Cyclorasin A1

引言

环肽能够桥接小分子和抗体之间的化学空间间隙,允许设计具有高结合亲和力、显着选择性、低毒性和进入细胞内靶点的能力的分子2。因此,大环肽作为靶向传统上无法成药的生物靶点的zhi疗剂具有相当大的前景3。截至 2017 年,超过 40 种环肽用于临床4。环肽作为候选药物开发的这一令人鼓舞的趋势,为发展更稳健的制备方法提供了动力。

SPPS 可以通过使用 Fmoc-Glu-ODmab 作为 C 端氨基酸 (图 1) 制备首尾相连环化肽。在合成线性肽骨架后,可以使用稀肼溶液选择性地去保护 Dmab 基团。之后,可以使用微波增强偶联实现首尾环化。将微波能量应用于首尾环化肽的合成可以实现更有效的偶联,从而加快合成时间和提高纯度 (CarboMAX™)5。

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图 1:Fmoc-Glu-ODmab ( 左 ); 

Fmoc-Glu(Wang resin LL)- ODmab (右)

材料与方法

试剂

以下含有指定的侧链保护基团 Fmoc 氨基酸购自 CEM Corporation (Matthews, NC) 并:Ala、Arg (Pbf)、Gly、His (Boc)、Ile、Leu、Lys (Boc)、Thr (tBu) )、Trp (Boc)、Tyr (tBu) 和 Val。Rink Amide ProTideTM LL 树脂也购自 CEM Corporation。Fmoc-Glu-ODmab、Fmoc-Glu(Wang)-ODmab LL 树脂、FmocD-Ala- OH 和 Fmoc-4-氟-L-苯丙氨酸购自 EMD Millipore (Burlington, MA)。Fmoc-D-2-Nal-OH、FmocD-Nle-OH 和 Fmoc-N-甲基-L-苯丙 氨酸购自 Bachem (T orrance, CA)。Fmoc-N-甲基-异亮氨酸-OH 购自 Advanced ChemTech (Louisville, KY)。FmocN-甲基-亮氨酸-OH 购自 Alfa Aesar (Haverhill, MA)。水合肼、N,N-二异丙基乙胺(DIEA)、Fmoc-N-甲基-甘氨酸-OH、N,N'-二异丙基碳二亚胺 (DIC)、哌啶、吡咯烷、三氟乙酸 (TFA)、3,6-dioxa-1、 8 辛二硫醇(DODT) 和三异丙基硅烷 (TIS) 购自 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO)。N,N-二甲基甲酰胺 (DMF)、无水乙mi (Et2O) 和乙酸购自 VWR (Radnor, PA)。LC-MS 级水 (H2O) 和 LC-MS 级乙腈 (MeCN) 购自 Fisher Scientific (Hampton, NH) 。

多肽合成:CEM 7-mer, cyclo-[GVYLHIE] 

使用 CEM Liberty Blue 自动微波多肽合成仪,在 Fmoc- Glu(Wang)- ODmab 树脂(离子交换容量:0.025 meq/g)上,以 0.10 mmol 的规模合成(Dmab 脱保护以0.05 mmol 规模进行,首尾环化以 0.025 mmol的规模进行)。使用 DMF 中的哌啶进行脱保护。

偶联反应在5倍量的Fmoc氨基酸,DIC和Oxyma Pure(CarboMAX)5 中进行。使用肼的 DMF 溶液进行 ODmab 基团的脱保护。首尾环化反应使用 DMF 中的 DIC/HOBt 进行。在 CEM RazorTM 高通量多肽切割系统中使用 TFA/H2O/TIS/DODT 进行切割。裂解后无水乙mi沉淀肽并过夜冻干。

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图2:CEM 7-mer

多肽合成:Cyclorasin A, cyclo-[WTaRRR-nal-R-Fpa-nle-Q] (Liberty Blue)

使 用 CEM Liberty Blue 自 动 微 波 多 肽 合 成 仪 , 在 Rink Amide ProTide LL 树脂 (离子交换容量:0.19 meq/g )上,以 0.05 mmol 的规模合成(Dmab脱保护以 0.05 mmol 的规模进行,首尾环化以 0.025 mmol 的规模进行)。使用 DMF 中的哌啶进行脱保护。偶联反应在5倍Fmoc氨基酸、DIC和Oxyma Pure(CarboMAX)5中进行。Fmoc-Glu-ODmab 用做第yi个氨基酸(Q)。使用肼的 DMF 溶液进行 ODmab 基团的脱保护。首尾环化反应使用 DMF 中的 DIC/HOBt 进行。在 CEM RazorTM 高通量多肽切割系统中使用 TFA/H2O/TIS/DODT 进行切割。裂解后用无水乙mi沉淀肽并过夜冻干。

多肽合成:Cyclorasin A, cyclo-[WTaRRR-nal-R-Fpa-nle-Q](Liberty PRIME)

使用 CEM Liberty PRIME 自动微波多肽合成仪,在  Rink Amide ProTide LL 树脂(离子交换容量:0.19 meq/g)上,以 0.05 mmol 规模合成(Dmab脱保护以 0.05 mmol 的规模进行,首尾环化以 0.025 mmol 的规模进行)。使用 DMF 中的吡咯烷进行脱保护。偶联反应在5倍 Fmoc 氨基酸、DIC和Oxyma Pure(CarboMAX)5中进行。Fmoc-Glu-ODmab 用做第yi个氨基酸(Q)。使用肼的 DMF 溶液进行 ODmab 基团的脱保护。使用肼的 DMF 溶液进行 ODmab 基团的脱保护。首尾环化反应使用 DMF 中的 DIC/HOBt 进行。在 CEM RazorTM 高通量多肽切割系统中使用 TFA/H2O/TIS/ DODT 进行切割。裂解后用无水乙mi沉淀肽并冻干过夜。

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图3:Cyclorasin A

多肽合成:N-MethylCyclorasinAnalog, cyclo-[WTaR-NMeGly- NMePhe-nal-NMeGly-Fpa-nle-E]

使用 CEM Liberty PRIME 自动微波肽合成仪在 Fmoc-Glu (Wang ) -ODmab 树脂(离子交换容量:0.25 meq/g )上以 0.05 mmol 的 规模合成(Dmab 脱保护以 0.05 mmol 规模进行,首尾环化以 0.025 mmol 的规模进行)。使用 DMF 中的吡咯烷进行脱保护。偶联反应在5倍 Fmoc 氨基酸、DIC和Oxyma Pure(CarboMAX)5中进行。使用肼的 DMF 溶液进行 ODmab 基团的脱保护。首尾环化反应使用 DMF 中的 DIC/HOBt 进行。在CEM RazorTM高通量多肽切割系统中使用 TFA/H2O/TIS/DODT 进行切割。裂解后用无水乙mi沉淀肽 并冻干过夜。

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图4:N-Methyl Cyclorain Analog

多肽合成:Poly N-Methyl Peptide, cyclo-[KA-NMeIle-NMeGly-NMeLeu-A-NMeGly-NMeGly-E]

使 用 CEM Liberty PRIME 自 动 微 波 肽 合 成 仪 在 Fmoc-Glu (Wang )-ODmab 树脂(离子交换容量:0.25 meq/g )上以 0.1 mmol 的规模合成(Dmab 脱保护以 0.05 mmol 规模进行,首尾环化以 0.025 mmol 的规模进行)。使用 DMF 中的吡咯烷进行脱保护 。偶 联 反 应 在 5 倍 Fmoc 氨 基 酸 、 DIC和Oxyma Pure(CarboMAX)5中进行。使用肼的 DMF 溶液进行 ODmab 基团的脱保护。首尾环化反应使用 DMF 中的 DIC/HOBt 进行。在 CEM RazorTM 高通量多肽切割系统中使用 TFA/H2O/TIS/DODT 进行切割。裂解后用无水乙mi沉淀肽并冻干过夜。

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图5: Poly N-Methyl Peptide

多肽分析

在配备有 PDA 检测器的 Waters Acquity UPLC 系统上分析肽, 该 检 测 器 配 备 Acquity UPLC BEH C8 柱 (1.7 mm 和 2.1 x 100 mm)。UPLC 系统连接到 Waters 3100 Single Quad MS 用于结构测定。在 Waters MassLynx 软件上进行峰分析。使用 (i) H2O 和 (ii) MeCN 中的 0.05% TFA 梯度洗脱进行分离。


结果

在 Liberty Blue 自动微波肽合成仪上 CEM 7-mer 的微波增强固相合成产生了纯度为 78% 的目标肽(图 6)。

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图6:CEM 7-mer 的UPLC色谱图

在 LibertyBlue 自动微波肽合成仪上的 Cyclorasin A的微波增强。

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图7:Cyclorasin A (Liberty Blue)的UPLC的色谱图

Liberty PRIME 自动微波肽合成仪上的 Cyclorasin A 微波增强。

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图8:Cyclorasin A (Liberty PRIME)的UPLC色谱图

Liberty PRIME 自动微波肽合成仪上的 Poly N-Methyl Peptide。


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图9:多聚N-甲基Peptide 的UPLC色谱图

Liberty PRIME 自 动 微 波 肽 合 成 仪 上 的 N-Methyl Cyclorasin Analog 的微波增强固相合成产生了纯度为 66% 的目标肽(图10)。

通过图片10.png

图10:N-甲基 CyclorasinAnalog的UPLC色谱图


结论

使用自动微波增 SPPS 可以快速有效地合成首尾环肽。此外,易于使用的 Liberty Blue 和 Liberty PRIME 软件允许对肽序列进行快速直接的编程。使用 Liberty Blue 肽合成仪在 2 小时 13 分钟内合成了纯度为 78% 的 7 聚体环肽。在 Liberty Blue 上在 3 小时 1 分钟内以高纯度 (75%) 合成了 Cyclorasin A 环肽。在 Liberty PRIME 上仅用了 2 小时就合成了相同的肽,纯度很高 (75%),浪费大约 100 mL。在 Liberty PRIME 上,微波增强的 SPPS 可在 2 小时 5 分钟内以 66% 的纯度合成了具有综合挑战性的 N-methyl cyclorasin analog 环肽。最hou,在 Liberty PRIME 上以 73% 的纯度在 2 小时 12 分钟内制备出多聚 N-甲 基化 11 聚体肽。 


参考文献

[1] Upadhyaya, P.;Qian, Z.; Selner, N. G.; Clippinger, S. R.; Wu, Z.; Briesewitz, R.; Pei, D. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2015, 54 (26), 7602–7606. 

[2] White, A. M.; Craik, D. J. Expert Opin. Drug Discov. 2016, 11 (12), 1151–1163.

[3] Hurtley, S. M. Science. 2018, 361 (6407), 1084.4-1085. (4) Zorzi, A.; Deyle, K.; Heinis, C. Curr. Opin. Chem. Biol. 2017, 38, 24–29. (5) CEM Application Note (AP0124) - “CarboMAX - Enhanced Peptide Coupling at Elevated Temperature.”


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