Un simple et générale méthode manuelle synthèse peptoïde impliquant l'équipement de base et de réactifs disponibles dans le commerce est présenté, permettant peptoïdes pour être facilement synthétisée dans la plupart des laboratoires. La synthèse, la purification et la caractérisation d'une 36mer peptoïde amphiphile est décrite, ainsi que son auto-assemblage en très ordonnée nanofeuillets.
Peptoïdes sont une nouvelle classe de biomimétiques, non naturelles, des séquences spécifiques qui résistent à la protéolyse hétéropolymères, présentent une puissante activité biologique, et incorporer des nanostructures d'ordre supérieur. Structurellement similaires aux peptides, peptoïdes sont des poly N-substitué glycines, où les chaînes latérales sont attachés à l'azote plutôt que l'alpha-carbone. Leur facilité de synthèse et de la diversité structurelle permet de tester des principes de conception de base pour conduire de novo design et l'ingénierie de nouveaux matériaux biologiquement actifs et nanostructurés.
Ici, un protocole simple manuel peptoïde synthèse est présentée qui permet la synthèse de la longue chaîne polypeptoids (jusqu'à 50mers) avec d'excellents rendements. Seuls les équipements de base, des techniques simples (par exemple le transfert de liquide, filtration), et des réactifs disponibles dans le commerce sont tenus, faisant un ajout peptoïdes accessible à outils de nombreux chercheurs. L'épine dorsale peptoïde est cultivé un monomère à un temps de vIA la méthode submonomer qui consiste en une à deux étapes du cycle d'addition du monomère: acylation et de déplacement. Tout d'abord, l'acide bromoacétique activé in situ avec le N, N'-diisopropylcarbodiimide acylates une résine assortis amine secondaire. Deuxièmement, le déplacement nucléophile du bromure par une amine primaire suit pour introduire la chaîne latérale. Le cycle à deux étapes est itérée jusqu'à ce que la longueur de la chaîne désirée est atteinte. L'efficacité du couplage de ce cycle en deux étapes dépasse régulièrement 98% et permet la synthèse de peptoïdes aussi longtemps que 50 résidus. Très configurable, précis et chimiquement séquences diverses sont réalisables avec la méthode submonomer que des centaines de disponibles amines primaires peuvent être directement intégrées.
Peptoïdes sont en train de devenir un matériau polyvalent biomimétiques pour la recherche Nanobioscience en raison de leur flexibilité, la robustesse de synthèse, et ordonnant à l'échelle atomique. Le repliement d'une chaîne unique, amphiphiles, de l'informationtion riche en polypeptoid dans un nanosheet hautement ordonné a été récemment démontré. Cette peptoïde est un 36-mer qui se compose de seulement trois différents monomères disponibles dans le commerce: hydrophobe, cationiques et anioniques. Les chaînes hydrophobes latérales phényléthyle sont enterrés dans le cœur nanosheet alors l'amine ioniques et des chaînes latérales carboxyle s'aligner sur les visages hydrophile. Le nanofeuillets peptoïde servir de plateforme pour les potentiels de membrane mimétiques, mimétiques de protéines, fabrication de dispositifs, et des capteurs. Méthodes de synthèse peptoïde, formation de la feuille, et l'imagerie par microscopie sont décrites et fournir une méthode simple pour permettre aux futurs designs nanosheet peptoïde.
1. Synthèse Submonomer en phase solide de Polypeptoids
Synthèse en phase solide (SPS) est une technique courante utilisée pour synthétiser des séquences spécifiques de biopolymères par étapes, directement sur une solide inerte de soutien comme une résine polymère perles. Haute rendements de couplage et de facilité de retrait excès de réactif sont des atouts majeurs de la SPS. Après une réaction de couplage à la résine, excès de réactifs sont simplement égouttés et les billes sont lavées pour être prêt pour l'étape de réaction suivante. Après la réaction de synthèse final, les oligomères pleine longueur sont clivés de la résine et le matériau de phase solution peut être étudiée davantage. Ici, nous nous adaptons la procédure SPS pour générer des polymères séquences spécifiques peptoïde.
2. Clivage et Side-Chain Déprotection
3. Caractérisation et de purification de l'Polypeptoid
4. Formation Nanosheet peptoïde
Cette section describes le protocole pour former des feuilles d'une chaîne unique, séquence spécifique, amphiphiles 36-mer peptoïde (Fig. 1). Après le brin peptoïde est synthétisé, purifié, et lyophilisée comme décrit ci-dessus, la poudre blanche obtenue est dissoute dans du DMSO pour faire une solution à 2 mM.
5. Microscopie à fluorescence d'nanofeuillets
6. Microscopie électronique à balayage (MEB) de nanofeuillets
7. Consignes de sécurité:
8. Les résultats représentatifs:
Cette section décrit la synthèse, la caractérisation et la purification d'une séquence-spécifique de la chaîne 36-mer peptoïde qui se plie en un très ordonné nanosheet 3 (Fig. 1).
Le bloc-charge peptoïde H-[Nae-NPE] 9 - [RCE-NPE] 9-NH 2 a été synthétisé sur 100 mg de résine Rink amide. A 2 M d'amine solution a été utilisée pour toutes les réactions de déplacement, qui ont été effectués pendant 60 minutes pour les résidus 1-18 et 120 minutes pour les résidus 19-36. t-butyle bêta-alanine HCl a été converti en base libre (voir la discussion) alors phénéthylamine et BOC-éthylènediamine ont tous deux été utilisés directly. La résine a été coupé avec 95% de TFA, triispropylsilane 2,5%, 2,5% d'eau pendant 2 heures. TFA est évaporé et l'huile visqueuse résultant (~ 180 mg) a été re-dissous dans 6 ml d'acétonitrile: eau 1:1 (v / v). La pureté du produit (fig. 4) et la présence de la masse du produit a été confirmé par des RP-HPLC analytique (30-80% d'acétonitrile dans l'eau de gradient, à la fois contenant 0,1% (v / v) TFA, à 1 mL / min pendant 30 minutes à 60 ° C avec une C18, 5 um, colonne 50 x 2 mm) et MALDI (fig. 5).
Purification avec CLHP en phase inverse sur une colonne Vydac C18 (10 um, 22 mm x 250 mm) a procédé, en utilisant un gradient d'acétonitrile 30-60% dans l'eau avec 0,1% de TFA de plus de 60 minutes à 10 mL / min. La colonne a été chargé avec 60 mg de produit brut pour chaque exécution chromatographique. Les fractions purifiées ont été combinés basés sur la pureté du RP-HPLC analytique (Fig. 4) et lyophilisé pour donner ~ 80 mg d'une poudre blanche duveteuse.
Purifié par blocs de charge peptoïde moléculairespoids a été confirmée par MALDI. 1 pl de 100 M purifiée peptoïde dans l'acétonitrile: eau 1:1 (v / v) a été mélangé avec 1 pl de la matrice (5 mg / mL α-cyano-4-hydroxycinnamique dans l'acétonitrile: eau 01:01 v / v et 0,1% de TFA) et 1 ul a été repéré sur la plaque MALDI. Après l'échantillon séché à l'air, il a été placé dans le Applied Biosystem / MDS SCIEX 4800 MALDI TOF / TOF Analyzer. Les modes d'acquisition et de traitement étaient linéaires de faible masse. Le poids calculé a été inscrit dans la masse ciblée pour ajuster automatiquement le temps de retard. L'intensité du laser a été fixé à 3400. La masse observée, 4981,2, correspond étroitement à la masse calculée de 4981,74.
La poudre lyophilisée purifiée a été dissous dans du DMSO pour faire une solution à 2 mM, qui peuvent être conservés à 4 ° C. Les draps étaient préparés par le protocole ci-dessus et imagées par microscopie optique de fluorescence et SEM (Fig. 2 et 3). Une variété de formes avec des tailles de fonction allant jusqu'à 300 um sont observées, et notabLy, arêtes droites sont proéminentes.
Figure 1 Séquence du bloc de charge peptoïde H-[Nae-NPE] 9 -. [RCE-NPE] 9-NH 2. Une chaîne unique, responsable de bloc, polypeptoid amphiphiles 36-mer s'auto-assemble en très ordonnée, en deux dimensions nanofeuillets 3. Le poids moléculaire calculé est 4981,74.
Figure 2. Images de microscopie de fluorescence de nanofeuillets peptoïde. Les draps étaient formées d'une solution à 20 uM peptoïde dans 10 mM Tris, 100 mM NaCl, pH 8,0. Les feuilles ont été imagées sur agarose à 1 uM du Nil Rouge. Barres d'échelle sont à 100 um.
Figure 3. Numérisation d'images de microscopie électroniquedes nanofeuillets peptoïde. Les draps étaient formées d'une solution à 20 uM peptoïde dans 10 mM Tris, 100 mM NaCl, pH 8,0. Barres d'échelle sont à 5 um.
Figure 4 analyse HPLC en phase inverse trace de H-[Nae-NPE] 9 -. [RCE-NPE] 9-NH 2. Le brut et purifié HPLC analytique de traces (30-80% d'inclinaison à 1 mL / min pendant 30 minutes à 60 ° C avec une C18, 5 um, colonne 50 x 2 mm) du brut et purifié par blocs de charge peptoïde H-[ Nae-NPE] 9 - [RCE-NPE] 9-NH 2 est représenté.
Figure 5 masse MALDI-TOF spectroscopie de traces de H-[Nae-NPE] 9 -. [RCE-NPE] 9-NH 2. La masse observée, 4981.2, est en accord proche de la masse calculée, 4981,74.
Applications et importance
Ce protocole décrit une méthode simple et efficace de synthèse peptoïde et la phase aqueuse auto-assemblage de l'peptoïdes en nanofeuillets. La plupart des laboratoires sont facilement capables de synthétiser des matériaux peu coûteux, car peptoïdes, d'expertise et techniques de base simples sont utilisés 4. De même, l'auto-assemblage de l'ultra-mince, très ordonnée nanofeuillets nécessite simplement répété inclinant un flacon d'une solution aqueuse diluée peptoïde 2. Peptoïdes sont prometteurs des matériaux pour la recherche biomédicale et de la nanoscience, car ils sont robustes et flexibles mais synthétiquement séquence-spécifique et hautement accordables 5. Peptoïdes ont démontré une activité biologique (6,7 thérapeutiques, diagnostiques 8, délivrance intracellulaire 9-10) et le pliage en nanostructures hiérarchique 3, 11-14. En raison de leur synthèse modulaire, combinatoire peptoïde librArles 15-19 peuvent être facilement synthétisés et tamisés pour une série d'activités ou propriétés. En particulier, le nanofeuillets servir de plate-forme potentielle pour les échafaudages d'affichage en deux dimensions, mimétiques membrane, capteurs biologiques, protéines et mimétiques fabrication du dispositif. Avec les séquences pratiquement inépuisable différents possible, le domaine de la recherche peptoïde s'étend rapidement.
Variables dans la synthèse en phase solide submonomer des polypeptoids
En raison de la possibilité de choisir parmi un alphabet incroyablement vaste et diversifié de monomères 20, la méthode submonomer besoins modifications occasionnelles pour les cas où l'augmentation de l'efficacité du couplage de chaque étape sera d'améliorer le rendement global du produit. Incorporation de chaînes latérales non protégées hétérocycliques nécessite l'utilisation de l'acide chloracétique lieu de l'acide bromoacétique 21. Fois le déplacement prolongé et plusLes concentrations d'amine sont généralement employés après environ 20 raccords pour de longues séquences peptoïde ou amines moins nucléophiles. Le chauffage de la cuve de réaction à 35 ° C, en utilisant un réacteur à chemise d'eau, aide à conduire la réaction. Pour hautement volatile amines telles que l'isopropylamine, des précautions doivent être prises pour éviter l'évaporation.
Amines sous la forme d'un sel HCl, tels que des t-butyl-bêta-alanine HCl, doivent être libres à base avant d'être introduit dans la réaction de déplacement. Ceci peut être réalisé par dissolution ou suspension de l'amine dans le DCM (~ 5g amine/25 ml de DCM), et de neutralisation avec une solution équimolaire d'hydroxyde de sodium aqueux dans une ampoule à décanter. La couche de DCM est recueilli et la couche aqueuse est lavée avec du DCM supplémentaire. Les couches DCM combinées sont séchées sur sulfate de sodium et filtrée dans un ballon à fond rond pré-pesées. Éliminer le solvant par évaporation rotative pour donner une huile, et noter le poids du produit.
During l'étape de clivage, cocktail clivage TFA et le temps de clivage est dépendant du nombre et la variété de groupes de protection utilisés. Directives pour les cocktails de clivage sont similaires à des clivages traditionnels déprotection peptide 1. Généralement, 10 incubations minute sont nécessaires pour des séquences sans la protection des groupes ou des séquences avec quelques très acides labiles groupes de protection (par exemple BOC, trityle). Deux heures d'incubation sont recommandées pour des séquences plus difficiles groupes de protection (par exemple t-butyle, Mtr, PBF) ou des séquences avec de nombreux groupes de protection pour assurer une déprotection totale de chaque chaîne. Brut produits peptoïde sera généralement se dissoudre dans l'acétonitrile: eau 1:1 (v / v), mais les proportions d'acétonitrile supérieur sont communs avec des chaînes latérales avec une hydrophobicité globale élevée.
Nous n'avons rien à révéler.
Les auteurs tiennent à remercier Byoung-Chul Lee, Philip Choi et Samuel Ho pour une aide précieuse. Ce travail a été réalisée à la Fonderie Moléculaire au Lawrence Berkeley National Laboratory, qui est soutenu par le Bureau de la science, Bureau des sciences fondamentales de l'énergie, du Département américain de l'Énergie en vertu du contrat n ° DE-AC02-05CH11231 et la réduction de la menace de la Défense Agence sous le n ° du contrat: IACRO-B0845281.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nom du réactif | Société | Numéro de catalogue | Commentaires |
Diméthylformamide | EMD | EM-DX1726P-1 | 99% + |
N-méthylpyrrolidinone | BDH | BDH1141-4LP | 99% |
Acide bromoacétique | Acros Organics | 200000-106 | 99% |
4-méthylpipéridine | Sigma-Aldrich | M73206 | 96% |
N, N'-diisopropylcarbodiimide | Chem-Impex | 001100 | 99,5% |
Dichlorométhane | EMD | EMD-DX0835 | Qualité ACS |
Acétonitrile | EMD | EM-AX0145P-1 | 99,8% |
L'acide trifluoroacétique | Sigma-Aldrich | T6508 | 99% |
Triisopropylsilane | Sigma-Aldrich | 233781 -10G | Pour le clivage TFA |
1,2-dichloroéthane | JT Baker | JTH076-33 | Pour siliconise de navires de réaction en verre |
Phenethylamine | Sigma-Aldrich | 407 267-100ml | > Hydrophobes 99,5% de la chaîne latérale amine |
Boc-éthylènediamine | Technologies de CNH | C-1112 | Cationiques chaîne latérale amine |
t-butyle bêta-alanine HCl | Chem-Impex international | 04407 | Anioniques chaîne latérale amine |
α-cyano-4-hydroxycinnamique | Sigma-Aldrich | C8982-10X10MG | Pour la matrice MALDI |
Nil-Rouge | Sigma-Aldrich | 19123-10MG | Pour l'imagerie de fluorescence |
Dichlorodiméthylsilane | Sigma-Aldrich | 80430-500G-F | Pour siliconise de navires de réaction en verre |
Jetables PP panier frittéRidge | Séparations appliquée | 2416 | 6 ml en polypropylène cartouche avec 20 mm PE fritte |
Jetables à 3 voies Luer Adaptateur | Cole Parmer | 31200-80 | Robinet pour cuve de réaction manuelle jetables synthèse |
Luer Lock anneau | Cole Parmer | 45503-19 | ¼ "convenable pour jetables récipient de synthèse de réaction manuelle |
Raccords Luer | Cole Parmer | 45500-20 | ¼ "convenable pour jetables récipient de synthèse de réaction manuelle |
Pipettes jetables PP | VWR | 16001-194 | Pour les transferts TFA |
Seringue Luer en plastique de verrouillage | Scientifique national | S7515-5 | 6 seringues ml |
1 flacon en verre de DRAM | VWR | 66011-041 | Avec phénoliques moulées bouchon à vis avec polyvinyle face revêtement de pâte |
20 ml SCINflacon tillation | VWR | 66022-060 | Avec bouchon en PP-joint et revêtement feuille de pâte |
Entretoise adhésif Secure-Seal | Invitrogen | S-24736 | Pour l'imagerie de fluorescence |
Lames de verre | Sciences Electron Microscopy | 63411 | Pour l'imagerie de fluorescence |
Lamelle | VWR | 48366-067 | Pour l'imagerie de fluorescence |
4 tranches de silicium " | Ted Pella | 16007 | Pré-dés en jetons mm 5x7 |
Filtre de 0,45 | VWR, Acrodisc | 28143-924 | Pour HPLC. Membrane PTFE |
Agarose | BD | 212272 | Pour l'imagerie de fluorescence |
Collecteur à vide SPE | Sigma-Aldrich | 57044 | Exemple de collecteur à vide SPE |
Récipient en verre fritté | Ace de verre | 6402-12 | Porosité Cfritte |
Plasma Cleaner / stérilisateur | Harrick Plasma | PDC-32G | Exemple de produit de nettoyage du plasma pour préparer des puces de silicium pour les SEM |
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