Ένα πολυπεπτίδιο είναι μια ένωση που σχηματίζεται από δύο ή περισσότερα αμινοξέα που συνδέονται με πεπτιδικούς δεσμούς (αμιδικούς δεσμούς). Τα πολυπεπτίδια διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο στη ρύθμιση των λειτουργικών δραστηριοτήτων διαφόρων συστημάτων, οργάνων, ιστών και κυττάρων στο σώμα και χρησιμοποιούνται συχνά στη λειτουργική ανάλυση, την έρευνα αντισωμάτων και την ανάπτυξη φαρμάκων. Η τροποποίηση πολυπεπτιδίων για την αλλαγή των φυσικοχημικών ιδιοτήτων τους είναι μια κοινή τεχνική στην έρευνα πολυπεπτιδίων. Οι τροποποιήσεις πολυπεπτιδίου είναι ποικίλες και με βάση τη θέση τροποποίησης, μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε τροποποιήσεις Ν-τερματικών, τροποποιήσεις C-τερματικών, τροποποιήσεις πλευρικής αλυσίδας, τροποποιήσεις αμινοξέων και τροποποιήσεις κορμού (Εικόνα 1). Ως σημαντικό μέσο αλλαγής της δομής της κύριας αλυσίδας ή των ομάδων πλευρικής αλυσίδας πεπτιδίων, η τροποποίηση πολυπεπτιδίου μπορεί να αλλάξει αποτελεσματικά τις φυσικοχημικές ιδιότητες των πεπτιδικών ενώσεων, να αυξήσει τη διαλυτότητα στο νερό, να αλλάξει τη βιοκατανομή τους, να παρατείνει τον χρόνο δράσης in vivo, να μειώσει τις τοξικές παρενέργειες και να εξαλείψει την ανοσογονικότητα. Σήμερα, θα παρουσιάσουμε μερικές από τις πιο σημαντικές τροποποιήσεις πολυπεπτιδίου και τα χαρακτηριστικά τους.
1. Κυκλοφορία
Στη φύση, πολλά βιολογικά ενεργά πολυπεπτίδια είναι κυκλικά πολυπεπτίδια. Ως εκ τούτου, τα κυκλικά πεπτίδια έχουν πολυάριθμες εφαρμογές στη σύγχρονη βιοϊατρική. Τα κυκλικά πεπτίδια, σε σύγκριση με τα γραμμικά πεπτίδια, έχουν καλύτερη ακαμψία και είναι ιδιαίτερα ανθεκτικά στο πεπτικό σύστημα, επιτρέποντάς τους έτσι να επιβιώσουν στον πεπτικό σωλήνα και να εμφανίζουν ισχυρότερη συγγένεια για τους υποδοχείς στόχους. Τα κυκλικά πεπτίδια σχηματίζονται συνήθως μέσω κυκλοποίησης, τα οποία μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε πλάγια-αλυσίδα--πλευρική-αλυσίδα, τερματικό--πλευρική-αλυσίδα και τερματικό-προς{10}}τελικό προς{10}}άκρο (από κεφαλή προς ουρά{1} κυκλικές μεθόδους{1} κύκλου{1}).
(1) Κυκλοποίηση από πλευρά-αλυσίδα-προς{3}}πλευρική-αλυσίδα
Η γεφύρωση δισουλφιδίου μεταξύ υπολειμμάτων κυστεΐνης είναι ένας από τους πιο συνηθισμένους τρόπους σχηματισμού πεπτιδικών δακτυλίων και αυτή η μέθοδος ανήκει στην κυκλοποίηση από πλευρική-αλυσίδα--πλευρική-αλυσίδα. Αυτή η κυκλοποίηση εισάγεται αποπροστατεύοντας ένα ζεύγος υπολειμμάτων κυστεΐνης και στη συνέχεια οξειδώνοντάς τα για να σχηματίσουν έναν δισουλφιδικό δεσμό. Η πολυκυκλική σύνθεση μπορεί να επιτευχθεί με επιλεκτική αφαίρεση της προστατευτικής ομάδας θειόλης. Η κυκλοποίηση μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε στον διαλύτη μετά τη διάσπαση είτε στη ρητίνη πριν από τη διάσπαση. Εφόσον τα πεπτίδια στη ρητίνη δεν σχηματίζουν εύκολα κυκλοποιήσιμες διαμορφώσεις, η κυκλοποίηση σε ρητίνη μπορεί να είναι λιγότερο αποτελεσματική από την κυκλοποίηση σε διαλύτη. Ο δεύτερος τύπος κυκλοποίησης πλευρικής-αλυσίδας-πλευρικής-αλυσίδας περιλαμβάνει το σχηματισμό μιας δομής αμιδίου μεταξύ των υπολειμμάτων ασπαρτικού ή γλουταμικού οξέος και του βασικού αμινοξέος. Αυτό απαιτεί ότι η προστατευτική ομάδα στην πλευρική αλυσίδα πρέπει να αφαιρεθεί επιλεκτικά, τόσο στη ρητίνη όσο και μετά τη διάσπαση. Ο τρίτος τύπος κυκλοποίησης πλευρικής-αλυσίδας-πλευρικής-αλυσίδας περιλαμβάνει τον σχηματισμό ενός διφαινυλαιθέρα από τυροσίνη ή ρ-υδροξυφαινυλγλυκίνη. Ωστόσο, η παρασκευή αυτών των ενώσεων απαιτεί μοναδικές συνθήκες αντίδρασης και επομένως δεν χρησιμοποιείται συνήθως στη σύνθεση συμβατικών πεπτιδίων.
(2) Τερματικό-προς-πλευρική αλυσίδα
Η κυκλοποίηση τερματικού-προς-πλευρικής αλυσίδας τυπικά περιλαμβάνει τον σχηματισμό ενός δεσμού αμιδίου μεταξύ του Ο-άκρου και της αμινομάδας της πλευρικής αλυσίδας λυσίνης ή ορνιθίνης ή μεταξύ του Ν-άκρου και της πλευρικής αλυσίδας ασπαρτικού ή γλουταμικού οξέος. Ορισμένες κυκλοποιήσεις πεπτιδίων σχηματίζονται επίσης με το σχηματισμό ενός αιθερικού δεσμού μεταξύ του τερματικού Ο-άκρου και της πλευρικής αλυσίδας σερίνης ή θρεονίνης.
(3) Η κυκλοποίηση από την κορυφή-στην-ουρά (ή την τελική-τερματική) κυκλοποίηση σχηματίζεται με αμίδωση της Ν-τελικής αμινομάδας και της Ο-τελικής καρβοξυλικής ομάδας του πεπτιδίου. Τα πεπτίδια που μοιάζουν με αλυσίδα-μπορούν να κυκλοποιηθούν σε έναν διαλύτη ή να ακινητοποιηθούν σε μια ρητίνη μέσω κυκλοποίησης πλευρικής-αλυσίδας. Η κυκλοποίηση σε διαλύτες θα πρέπει να εκτελείται χρησιμοποιώντας χαμηλές συγκεντρώσεις πεπτιδίων για να αποφευχθεί ο ολιγομερισμός. Η απόδοση της σύνθεσης κυκλικών πεπτιδίων κεφαλής-σε-ουράς αλυσίδας εξαρτάται από την αλληλουχία του πεπτιδίου της αλυσίδας. Επομένως, πριν από-μεγάλης κλίμακας παρασκευή κυκλικών πεπτιδίων, θα πρέπει πρώτα να δημιουργηθεί μια βιβλιοθήκη πιθανών αλυσίδων πεπτιδίων μολύβδου και στη συνέχεια να γίνει κυκλοποίηση για να βρεθεί η αλληλουχία που αποφέρει τα καλύτερα αποτελέσματα.
2. Γλυκοζυλίωση
Τα πιο κοινά γλυκοπεπτίδια μας, όπως η βανκομυκίνη και η τεϊκοπλανίνη, είναι σημαντικά αντιβιοτικά για τη θεραπεία βακτηριακών λοιμώξεων ανθεκτικών στα φάρμακα-. Άλλα γλυκοπεπτίδια χρησιμοποιούνται συχνά για την τόνωση του ανοσοποιητικού συστήματος. Επιπλέον, δεδομένου ότι πολλά μικροβιακά αντιγόνα είναι γλυκοζυλιωμένα, η μελέτη γλυκοπεπτιδίων είναι σημαντική για τη βελτίωση της θεραπευτικής αποτελεσματικότητας των λοιμώξεων. Από την άλλη πλευρά, μελέτες έχουν βρει ότι οι πρωτεΐνες στις κυτταρικές μεμβράνες των καρκινικών κυττάρων εμφανίζουν ανώμαλη γλυκοζυλίωση, καθιστώντας τα γλυκοπεπτίδια να παίζουν σημαντικό ρόλο στην έρευνα για τον καρκίνο και την ανοσολογική άμυνα του όγκου. Το παρασκεύασμα γλυκοπεπτιδίου χρησιμοποιεί γενικά τη μέθοδο Fmoc/t-Bu. Γλυκοζυλιωμένα υπολείμματα, όπως η θρεονίνη και η σερίνη, εισάγονται συχνά στα πεπτίδια μέσω προστασίας Fmoc που ενεργοποιείται από εστέρες πενταφθοροφαινόλης.
3. Φωσφορυλίωση
Στα ανθρώπινα κύτταρα, περισσότερο από το 30% των πρωτεϊνών είναι φωσφορυλιωμένες. Η φωσφορυλίωση, ιδιαίτερα η αναστρέψιμη φωσφορυλίωση, παίζει κρίσιμο ρόλο στον έλεγχο πολλών κυτταρικών διεργασιών, όπως η μεταγωγή σήματος, η έκφραση γονιδίων, η ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου και του κυτταροσκελετού και η απόπτωση.
Η φωσφορυλίωση μπορεί να παρατηρηθεί σε ένα ευρύ φάσμα υπολειμμάτων αμινοξέων, αλλά οι πιο συνηθισμένοι στόχοι φωσφορυλίωσης είναι τα υπολείμματα σερίνης, θρεονίνης και τυροσίνης. Τα παράγωγα φωσφοτυροσίνης, φωσφοθρεονίνης και φωσφοσερίνης μπορούν να εισαχθούν στα πεπτίδια κατά τη διάρκεια της σύνθεσης ή να σχηματιστούν μετά τη-σύνθεση. Η επιλεκτική φωσφορυλίωση μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας υπολείμματα σερίνης, θρεονίνης και τυροσίνης με επιλεκτική απομάκρυνση των προστατευτικών ομάδων. Μερικοί φωσφορυλιωτικοί παράγοντες μπορούν επίσης να εισάγουν φωσφορικές ομάδες στα πεπτίδια μέσω μετα{4}}τροποποίησης. Πρόσφατα, υπήρξαν περιπτώσεις ειδικής τοποθεσίας-φωσφορυλίωσης της λυσίνης με τη χρήση της χημειοεκλεκτικής αντίδρασης Staudinger-φωσφορώδους άλατος.
