Un manuale semplice e generale metodo di sintesi peptoid con attrezzature di base e dei reagenti disponibili in commercio è delineato, consentendo peptoids per essere facilmente sintetizzati nella maggior parte dei laboratori. La sintesi, purificazione e caratterizzazione di un 36mer peptoid anfifilici è descritto, così come la sua auto-assemblaggio in altamente ordinato nanosheets.
Peptoids sono una nuova classe di biomimetici, non naturali, sequenza-specifica heteropolymers che resistono proteolisi, mostra una potente attività biologica, e piegare in nanostrutture di ordine superiore. Strutturalmente simili ai peptidi, peptoids sono poli per sostituzione glycines, su cui sono fissati le catene laterali al di azoto piuttosto che l'alfa-carbonio. La loro facilità di sintesi e diversità strutturale consente la sperimentazione di principi di progettazione fondamentali per guidare de novo di progettazione e ingegneria di nuovi materiali biologicamente attivi e nanostrutturati.
Qui, un semplice manuale peptoid protocollo sintesi viene presentata, che permette la sintesi di polypeptoids lunga catena (fino a 50mers) dei rendimenti eccellenti. Solo le attrezzature di base, semplici tecniche (ad esempio liquido trasferimento, filtrazione) e reagenti disponibili in commercio sono tenuti, rendendo peptoids un'aggiunta accessibile a toolkit molti ricercatori '. La spina dorsale peptoid si coltiva un monomero in un tempo vtra l'altro il metodo submonomer che consiste in due passi Oltre ciclo monomero: acilazione e spostamento. In primo luogo, l'acido bromoacetico attivate in situ con N, N-diisopropylcarbodiimide acylates una resina-legato amine secondarie. In secondo luogo, lo spostamento nucleofila del bromuro di un'ammina primaria segue l'introduzione della catena laterale. Le due fasi del ciclo è iterato fino a quando la lunghezza della catena desiderata. L'efficienza di questo accoppiamento in due fasi di ciclo supera regolarmente il 98% e permette la sintesi di peptoids i 50 residui. Diverse sequenze altamente configurabile, preciso e chimicamente sono raggiungibili con il metodo submonomer centinaia di ammine primarie prontamente disponibili possono essere direttamente incorporati.
Peptoids stanno emergendo come un materiale versatile biomimetici per la ricerca Nanobioscience a causa della loro sintesi flessibilità, robustezza, e ordinare a livello atomico. La piegatura di una singola catena, anfifilici, informazionizione ricca di polypeptoid in una altamente ordinato nanosheet è stato recentemente dimostrato. Questo peptoid è un 36-mer, che consiste in soli tre monomeri diversi disponibili in commercio: idrofobo, cationici e anionici. Le catene laterali idrofobiche feniletil sono sepolti nel nucleo nanosheet mentre l'ammina ionica e catene laterali carbossilico allinearsi sulle facce idrofilo. Il nanosheets peptoid fungere da piattaforma potenziale di mimetici di membrana, di proteine mimetici, fabbricazione del dispositivo, e sensori. Metodi per la sintesi peptoid, formazione del foglio, e immagini di microscopia sono descritti e fornire un metodo semplice per realizzare in futuro progetti nanosheet peptoid.
1. Sintesi in fase solida Submonomer di Polypeptoids
Sintesi in fase solida (SPS) è una tecnica comune usata per sintetizzare sequenza-specifica biopolimeri graduale, direttamente su un supporto solido inerte come un cordone di resina polimerica. Elevate rese di accoppiamento e la facilità di rimozione reagente in eccesso sono i vantaggi principali di SPS. Dopo una reazione di accoppiamento per la resina, i reagenti in eccesso sono semplicemente svuotato e le perline vengono lavati per essere pronti per la successiva fase di reazione. Dopo la reazione di sintesi finale, il full-length oligomeri sono spaccati dalla resina e la soluzione fase materiale può essere ulteriormente studiati. Qui, adattare la procedura SPS per generare la sequenza specifici polimeri peptoid.
2. Scissione e di side-chain deprotezione
3. Caratterizzazione e purificazione del Polypeptoid
4. Nanosheet Formazione Peptoid
Questa sezione describes il protocollo per formare fogli da una catena singola, specifica sequenza, anfifilici 36-mer peptoid (Fig. 1). Dopo il filone peptoid è sintetizzato, purificata e liofilizzati come sopra descritto, la polvere bianca è sciolto in DMSO per fare una soluzione madre 2 mM.
5. Microscopia di fluorescenza di nanosheets
6. Microscopia elettronica a scansione (SEM) di nanosheets
7. Note sulla sicurezza:
8. Rappresentante dei risultati:
Questa sezione descrive la sintesi, caratterizzazione e purificazione di una sequenza-specifica 36-mer catena peptoid che si ripiega in una altamente ordinata nanosheet 3 (Fig. 1).
Il blocco-charge peptoid H-[Nae-NPE] 9 - [NCE-NPE] 9-NH 2 è stato sintetizzato in 100 mg di resina Rink amide. Una soluzione di ammina M 2 è stato utilizzato per tutte le reazioni di spostamento, che sono state effettuate per 60 minuti per i residui 1-18 e 120 minuti per i residui 19-36. t-butil beta-alanina HCl è stato convertito in base libera (vedi la discussione), mentre phenethylamine e Boc-etilendiammina erano entrambi directl utilizzatiy. La resina è stata tagliata con il 95% TFA, triispropylsilane 2,5%, 2,5% di acqua per 2 ore. TFA era evaporata e l'olio viscoso risultante (~ 180 mg) è stato re-sciolta in 6 mL acetonitrile: acqua 1:1 (v / v). La purezza del prodotto (Fig. 4) e la presenza della massa del prodotto è stata confermata da analisi di RP-HPLC (30-80% di pendenza acetonitrile acqua, entrambi contenenti 0,1% (v / v) TFA, a 1 mL / min per 30 minuti a 60 ° C con una C18, 5 micron, 50 x 2 mm di colonna) e MALDI (Fig. 5).
Depurazione mediante HPLC in fase inversa su una colonna Vydac C18 (10 micron, 22 mm x 250 mm) ha proceduto, con una pendenza del 30-60% acetonitrile in acqua con 0,1% TFA più di 60 minuti a 10 mL / min. La colonna è stato caricato con 60 mg di prodotto grezzo per ogni corsa cromatografica. Le frazioni purificate sono state combinate basato sulla purezza di analisi RP-HPLC (Fig. 4) e liofilizzato per produrre ~ 80 mg di una polvere bianca soffice.
Purificato blocco carica peptoid molecolareil peso è stato confermato da MALDI. 1 ml di 100 mM purificato peptoid in acetonitrile: acqua 1:1 (v / v) è stato mescolato con 1 ml di matrice (5 mg / ml di α-ciano-4-idrossicinnamici acido in acetonitrile: acqua 1:1 v / v e 0,1% TFA) e 1 ml è stato avvistato sulla piastra MALDI. Dopo che il campione essiccato all'aria, è stata collocata nella Applied Biosystems / MDS SCIEX 4800 MALDI TOF / TOF Analyzer. Le modalità di acquisizione ed elaborazione sono stati lineari di piccola massa. Il peso calcolato è stato inserito nella massa mirate per regolare automaticamente il tempo di ritardo. L'intensità del laser è stata impostata a 3400. La massa osservata, 4981,2, fiammiferi vicino a calcolare la massa di 4981,74.
La polvere liofilizzata purificato è stato dissolto in DMSO per fare una soluzione stock 2 mm, che possono essere conservati a 4 ° C. Schede sono state preparate dal protocollo di cui sopra e ripreso con fluorescenza microscopia ottica e SEM (Fig. 2 e 3). Una varietà di forme con dimensioni caratteristiche che vanno fino a 300 micron vengono osservati, e notabLy, bordi diritti sono prominenti.
Figura 1 Sequenza del blocco carica peptoid H-[Nae-NPE] 9 -. [NCE-NPE] 9-NH 2. Una singola catena, carica blocco, polypeptoid anfifilici 36-mer auto-assembla in altamente ordinato, bidimensionale nanosheets 3. Il peso molecolare è calcolato 4981,74.
Figura 2. Immagini di microscopia a fluorescenza di nanosheets peptoid. Lenzuola erano formati da una soluzione al 20 mM peptoid in 10 mM Tris, 100 mM NaCl, pH 8.0. Le lenzuola erano proietta sulla agarosio con 1μM Nile Red. Barre di scala sono 100 micron.
Figura 3. Acquisizione di immagini di microscopia elettronicadi nanosheets peptoid. Lenzuola erano formati da una soluzione al 20 mM peptoid in 10 mM Tris, 100 mM NaCl, pH 8.0. Barre di scala sono 5 micron.
Figura 4 analitica HPLC in fase inversa traccia di H-[Nae-NPE] 9 -. [NCE-NPE] 9-NH 2. Il greggio e purificato analitiche HPLC traccia (30-80% di pendenza a 1 ml / min più di 30 minuti a 60 ° C con una C18, 5 micron, 50 x 2 mm di colonna) del greggio e purificato blocco carica peptoid H-[ Nae-NPE] 9 - [NCE-NPE] 9-NH 2 è indicata.
Figura 5 MALDI-TOF spettroscopia di massa traccia di H-[Nae-NPE] 9 -. [NCE-NPE] 9-NH 2. La massa osservata, 4981,2, è in accordo vicino alla massa calcolata, 4981,74.
Applicazioni e Significato
Questo protocollo descrive un metodo semplice ed efficiente di sintesi peptoid e acquosa auto-assemblaggio del peptoids in nanosheets. La maggior parte dei laboratori sono facilmente in grado di sintetizzare peptoids quanto i materiali poco costosi, competenze di base e le tecniche semplici sono utilizzati 4. Allo stesso modo, l'auto-assemblaggio di ultra-sottile, altamente ordinato nanosheets richiede semplicemente ripetuto inclinando un flacone di una soluzione acquosa diluita peptoid 2. Peptoids sono promettenti materiali per la ricerca biomedica e la nanoscienza, perché sono robusti e flessibili ma sinteticamente sequenza-specifica e altamente configurabile 5. Peptoids hanno dimostrato l'attività biologica (6,7 terapeutici, diagnostici 8, consegna intracellulare 9-10) e pieghevole in nanostrutture gerarchico 3, 11-14. A causa della loro sintesi modulare, combinatoria peptoid librAriete 15-19 possono essere facilmente sintetizzati e sottoposti a screening per un'ampia serie di attività o proprietà. In particolare, il nanosheets fungere da piattaforma per il potenziale bidimensionale ponteggi schermo, mimetici di membrana, sensori biologici, mimetici proteine e fabbricazione del dispositivo. Con le sequenze praticamente inesauribile diverse possibili, il mondo della ricerca peptoid si sta rapidamente espandendo.
Variabili in sintesi in fase solida submonomer di polypeptoids
A causa della possibilità di scegliere tra un alfabeto incredibilmente vasta e diversificata di monomeri 20, il metodo submonomer esigenze modifiche occasionali nei casi in cui aumentare l'efficienza di accoppiamento di ogni passo sarà migliorare la resa complessiva del prodotto. Incorporazione di catene laterali non protetti eterociclici richiede l'uso di acido cloroacetico invece di acido bromoacetico 21. Tempi di spostamento estesi e superioriconcentrazioni di ammina sono di solito impiegati dopo circa 20 giunti per lunghe sequenze peptoid o ammine meno nucleofilo. Riscaldamento del recipiente di reazione a 35 ° C, utilizzando un vaso con camicia d'acqua di reazione, aiuta a provocare la reazione. Per altamente volatili, ammine, come isopropilamminico, bisogna fare attenzione per evitare l'evaporazione.
Ammine in forma di sale HCl, come t-butil beta-alanina HCl, hanno bisogno di essere liberi-based prima di essere introdotti nella reazione spostamento. Ciò può essere ottenuto sciogliendo o sospendendo l'ammina in DCM (~ 5g amine/25 mL DCM), e neutralizzare con una soluzione equimolare di idrossido di sodio in acqua in un imbuto separatore. Lo strato di DCM è raccolta e lo strato acquoso viene lavata con DCM aggiuntivi. Gli strati DCM combinate sono seccato su solfato sodico e filtrata in un pallone pre-pesato fondo rotondo. Rimuovere il solvente per evaporazione rotante per produrre un olio, e registrare il peso del prodotto.
During il passo scissione, cocktail scissione TFA e il tempo scissione dipende dal numero e dalla varietà dei gruppi protettori utilizzati. Linee guida per cocktail scissione sono simili a spaccature tradizionali deprotezione peptide 1. In generale, 10 incubazioni minuti sono necessari per le sequenze senza proteggere i gruppi o le sequenze con pochi gruppi fortemente acido labile proteggere (ad esempio BOC, tritil). Due incubazioni ora sono raccomandati per le sequenze con gruppi protettori più difficili (ad esempio t-butile, Mtr, PBF) o sequenze con molti gruppi protettori per assicurare deprotezione completo di ogni catena. Greggio prodotti peptoid generalmente si dissolvono in acetonitrile: acqua 1:1 (v / v), ma le proporzioni acetonitrile superiori sono comuni con catene laterali con un idrofobicità complessivo elevato.
Non abbiamo nulla da rivelare.
Gli autori desiderano ringraziare Byoung-Chul Lee, Philip Ho Choi e Samuel per la preziosa assistenza. Questo lavoro è stato svolto presso la Fonderia molecolare presso il Lawrence Berkeley National Laboratory, che è sostenuto da parte dell'Ufficio della Scienza, Ufficio di Basic Sciences Energia, del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti nell'ambito del contratto n. DE-AC02-05CH11231 e la Defense Threat Reduction Agenzia con il n. di contratto: IACRO-B0845281.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nome del reagente | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
Dimetilformammide | EMD | EM-DX1726P-1 | 99 +% |
N-methylpyrrolidinone | BDH | BDH1141-4LP | 99% |
Acido bromoacetico | Acros Organics | 200000-106 | 99% |
4-Methylpiperidine | Sigma Aldrich | M73206 | 96% |
N, N-diisopropylcarbodiimide | Chem-Impex | 001100 | 99,5% |
Diclorometano | EMD | EMD-DX0835 | ACS grado |
Acetonitrile | EMD | EM-AX0145P-1 | 99,8% |
Acido trifluoroacetico | Sigma Aldrich | T6508 | 99% |
Triisopropylsilane | Sigma Aldrich | 233781 -10G | Per la scissione TFA |
1,2-Dicloroetano | JT Baker | JTH076-33 | Per siliconization di reattori di vetro |
Phenethylamine | Sigma Aldrich | 407267-100ML | > 99,5% idrofobico della catena laterale ammina |
Boc-etilendiammina | CNH Technologies | C-1112 | Cationici side-chain ammina |
t-butil beta-alanina HCl | Chem-Impex internazionale | 04407 | Anionici side-chain ammina |
α-ciano-4-acido idrossicinnamici | Sigma Aldrich | C8982-10X10MG | Per MALDI matrice |
Nile Red | Sigma Aldrich | 19123-10mg | Imaging per fluorescenza |
Dichlorodimethylsilane | Sigma Aldrich | 80430-500G-F | Per siliconization di reattori di vetro |
Monouso PP carrello porosocrinale | Separazioni applicata | 2416 | 6 ml in polipropilene cartuccia con 20 mm in PE fritta |
Usa e getta a 3 vie luer adattatore | Cole Parmer | 31200-80 | Rubinetto per monouso nave reazione di sintesi manuale |
Luer Lock anello | Cole Parmer | 45503-19 | ¼ "usa e getta per il montaggio manuale nave reazione di sintesi |
Raccordi Luer | Cole Parmer | 45500-20 | ¼ "usa e getta per il montaggio manuale nave reazione di sintesi |
Monouso PP pipette | VWR | 16001-194 | Per i trasferimenti TFA |
Luer lock siringa di plastica | Scientifico Nazionale | S7515-5 | 6 siringhe mL |
1 bicchierino di vetro fiala | VWR | 66011-041 | Con fenolici stampato tappo a vite con polivinile faccia fodera polpa |
20 ml Scinlazione fiala | VWR | 66022-060 | Con annesso cappuccio in PP e fogli di rivestimento polpa |
Secure-sigillo adesivo spacer | Invitrogen | S-24736 | Fluorescenza per immagini |
Vetrini | Electron Microscopy Sciences | 63411 | Fluorescenza per immagini |
Copertura antiscivolo | VWR | 48366-067 | Fluorescenza per immagini |
4 "wafer di silicio | Ted Pella | 16007 | Pre-dadi in chips millimetri 5x7 |
0,45 filtro | VWR, Acrodisc | 28143-924 | Per HPLC. Membrana in PTFE |
Agarosio | BD | 212272 | Fluorescenza per immagini |
SPE pressione di aspirazione | Sigma Aldrich | 57044 | Esempio di collettore sottovuoto SPE |
Vaso di vetro poroso | Ace di vetro | 6402-12 | Porosità Cfritta |
Plasma Cleaner / Sterilizzatore | Harrick Plasma | PDC-32G | Esempio di pulizia al plasma per preparare chip di silicio per SEM |
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