الببتيدات هي فئة من المركبات التي تتكون من اتصال الأحماض الأمينية المتعددة من خلال روابط الببتيد.وهي موجودة في كل مكان في الكائنات الحية.حتى الآن، تم العثور على عشرات الآلاف من الببتيدات في الكائنات الحية.تلعب الببتيدات دورًا مهمًا في تنظيم الأنشطة الوظيفية لمختلف الأجهزة والأعضاء والأنسجة والخلايا وفي أنشطة الحياة، وغالبًا ما تستخدم في التحليل الوظيفي وأبحاث الأجسام المضادة وتطوير الأدوية وغيرها من المجالات.مع تطور التكنولوجيا الحيوية وتكنولوجيا تخليق الببتيد، تم تطوير المزيد والمزيد من أدوية الببتيد وتطبيقها في العيادة.
هناك مجموعة واسعة من تعديلات الببتيد، والتي يمكن تقسيمها ببساطة إلى التعديل اللاحق وتعديل العملية (باستخدام تعديل الأحماض الأمينية المشتقة)، وتعديل الطرف N، وتعديل الطرف C، وتعديل السلسلة الجانبية، وتعديل الأحماض الأمينية، وتعديل الهيكل العظمي، وما إلى ذلك، اعتمادا على موقع التعديل (الشكل 1).كوسيلة مهمة لتغيير هيكل السلسلة الرئيسية أو مجموعات السلسلة الجانبية لسلاسل الببتيد، يمكن لتعديل الببتيد أن يغير بشكل فعال الخواص الفيزيائية والكيميائية لمركبات الببتيد، ويزيد من قابلية الذوبان في الماء، ويطيل وقت العمل في الجسم الحي، ويغير توزيعها البيولوجي، ويزيل المناعة. ، والحد من الآثار الجانبية السامة، وما إلى ذلك. في هذه الورقة، يتم تقديم العديد من استراتيجيات تعديل الببتيد الرئيسية وخصائصها.
1. ركوب الدراجات
الببتيدات الحلقية لها العديد من التطبيقات في الطب الحيوي، والعديد من الببتيدات الطبيعية ذات النشاط البيولوجي هي الببتيدات الحلقية.نظرًا لأن الببتيدات الحلقية تميل إلى أن تكون أكثر صلابة من الببتيدات الخطية، فهي شديدة المقاومة للجهاز الهضمي، ويمكنها البقاء في الجهاز الهضمي، وتظهر تقاربًا أقوى للمستقبلات المستهدفة.Cyclization هي الطريقة الأكثر مباشرة لتجميع الببتيدات الحلقية، وخاصة بالنسبة للببتيدات ذات الهيكل الهيكلي الكبير.وفقًا لوضع التدوير، يمكن تقسيمها إلى نوع السلسلة الجانبية، ونوع السلسلة الجانبية، والنوع الطرفي - النوع الطرفي (نوع النهاية إلى النهاية).
(1) سلسلة جانبية إلى سلسلة جانبية
النوع الأكثر شيوعًا من السلسلة الجانبية إلى السلسلة الجانبية هو سد ثاني كبريتيد بين بقايا السيستين.يتم تقديم هذا التدوير عن طريق إزالة زوج من بقايا السيستين ثم أكسدته لتكوين روابط ثاني كبريتيد.يمكن تحقيق التوليف متعدد الحلقات عن طريق الإزالة الانتقائية لمجموعات حماية السلفهيدريل.يمكن إجراء عملية التدوير إما في مذيب ما بعد التفكك أو على راتنج ما قبل التفكك.قد تكون عملية التدوير على الراتنجات أقل فعالية من عملية التدوير بالمذيبات لأن الببتيدات الموجودة على الراتنجات لا تشكل بسهولة مطابقات دائرية.نوع آخر من تدوير السلسلة الجانبية - السلسلة الجانبية هو تكوين بنية أميد بين حمض الأسبارتيك أو بقايا حمض الجلوتاميك والحمض الأميني الأساسي، الأمر الذي يتطلب أن تكون مجموعة حماية السلسلة الجانبية قادرة على إزالتها بشكل انتقائي من البولي ببتيد أيضًا على الراتنج أو بعد التفكك.النوع الثالث من السلسلة الجانبية - دورة السلسلة الجانبية هو تكوين إثيرات ثنائي الفينيل بواسطة التيروزين أو p-هيدروكسي فينيل جلايسين.هذا النوع من التدوير في المنتجات الطبيعية موجود فقط في المنتجات الميكروبية، وغالبًا ما يكون لمنتجات التدوير قيمة طبية محتملة.يتطلب تحضير هذه المركبات ظروف تفاعل فريدة، لذلك لا يتم استخدامها كثيرًا في تركيب الببتيدات التقليدية.
(2) من المحطة إلى السلسلة الجانبية
تتضمن دورة السلسلة الطرفية عادةً الطرف C مع المجموعة الأمينية من السلسلة الجانبية ليسين أو الأورنيثين، أو الطرف N مع السلسلة الجانبية لحمض الأسبارتيك أو حمض الجلوتاميك.يتم إجراء دورة أخرى للبولي ببتيد عن طريق تكوين روابط الأثير بين الطرف C والسلاسل الجانبية سيرين أو ثريونين.
(3) النوع الطرفي أو الرأس إلى الذيل
يمكن تدوير عديدات الببتيد المتسلسلة في مذيب أو تثبيتها على راتينج عن طريق دورة السلسلة الجانبية.وينبغي استخدام تركيزات منخفضة من الببتيدات في مركزية المذيبات لتجنب احتكار الببتيدات.يعتمد إنتاج البولي ببتيد الحلقي الاصطناعي من الرأس إلى الذيل على تسلسل البولي ببتيد المتسلسل.لذلك، قبل إعداد الببتيدات الحلقية على نطاق واسع، يجب أولاً إنشاء مكتبة من الببتيدات الرصاصية المتسلسلة المحتملة، تليها عملية التدوير للعثور على التسلسل بأفضل النتائج.
2. ن-مثيلة
يحدث مثيل N في الأصل في الببتيدات الطبيعية ويتم إدخاله في تخليق الببتيد لمنع تكوين روابط هيدروجينية، مما يجعل الببتيدات أكثر مقاومة للتحلل البيولوجي والتصفية.يعد تخليق الببتيدات باستخدام مشتقات الأحماض الأمينية الميثيلية N هو الطريقة الأكثر أهمية.بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام تفاعل ميتسونوبو لمركبات راتينج متعدد الببتيد N- (2-كلوريد سلفونيل النيتروبنزين) مع الميثانول.تم استخدام هذه الطريقة لتحضير مكتبات الببتيد الحلقية التي تحتوي على الأحماض الأمينية الميثيلية N.
3. الفسفرة
يعد الفسفرة أحد أكثر تعديلات ما بعد الترجمة شيوعًا في الطبيعة.في الخلايا البشرية، يتم فسفرة أكثر من 30٪ من البروتينات.تلعب الفسفرة، وخاصة الفسفرة العكسية، دورًا مهمًا في التحكم في العديد من العمليات الخلوية، مثل نقل الإشارة، والتعبير الجيني، ودورة الخلية وتنظيم الهيكل الخلوي، وموت الخلايا المبرمج.
يمكن ملاحظة الفسفرة في مجموعة متنوعة من بقايا الأحماض الأمينية، ولكن أهداف الفسفرة الأكثر شيوعًا هي بقايا السيرين والثريونين والتيروزين.يمكن إدخال مشتقات الفوسفوتيروسين والفوسفوثريونين والفوسفوسرين إلى الببتيدات أثناء التخليق أو تشكيلها بعد تخليق الببتيد.يمكن تحقيق الفسفرة الانتقائية باستخدام بقايا السيرين والثريونين والتيروزين التي تزيل المجموعات الواقية بشكل انتقائي.يمكن لبعض كواشف الفسفرة أيضًا إدخال مجموعات حمض الفوسفوريك في البولي ببتيد عن طريق التعديل اللاحق.في السنوات الأخيرة، تم تحقيق فسفرة اللايسين الخاصة بالموقع باستخدام تفاعل ستودينجر-فوسفيت الانتقائي كيميائيًا (الشكل 3).
4. Myristoylation وpalmitoylation
تسمح أسيلة الطرف N مع الأحماض الدهنية للببتيدات أو البروتينات بالارتباط بأغشية الخلايا.يمكّن تسلسل myridamoylated الموجود على الطرف N من استهداف كينازات بروتين عائلة Src وبروتينات Gaq المنتسخة العكسية للربط بأغشية الخلايا.تم ربط حمض الميريستيك بالطرف N للبولي ببتيد الراتينج باستخدام تفاعلات الاقتران القياسية، ويمكن فصل الببتيد الدهني الناتج في ظل الظروف القياسية وتنقيته بواسطة RP-HPLC.
5. الغليكوزيل
تعتبر الجليكوببتيدات مثل الفانكومايسين والتيكولانين من المضادات الحيوية المهمة لعلاج الالتهابات البكتيرية المقاومة للأدوية، وغالبًا ما تستخدم الجليكوببتيدات الأخرى لتحفيز الجهاز المناعي.بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن العديد من المستضدات الميكروبية تكون غليكوزيلاتية، فمن الأهمية بمكان دراسة الببتيدات السكرية لتحسين التأثير العلاجي للعدوى.من ناحية أخرى، فقد وجد أن البروتينات الموجودة على غشاء الخلية للخلايا السرطانية تظهر ارتباطًا غير طبيعي بالجليكوزيل، مما يجعل الببتيدات السكرية تلعب دورًا مهمًا في أبحاث الدفاع المناعي للسرطان والورم.يتم تحضير الجليكوبيبتيدات بطريقة Fmoc/t-Bu.غالبًا ما يتم إدخال بقايا الغليكوزيلات، مثل الثريونين والسيرين، في عديدات الببتيدات بواسطة fMOCs المنشط بإستر خماسي فلوروفينول لحماية الأحماض الأمينية الغليكوزيلاتية.
6. الأيزوبرين
يحدث إيزوبنتادينيليشن على بقايا السيستين في السلسلة الجانبية بالقرب من الطرف C.يمكن لبروتين الأيزوبرين أن يحسن تقارب غشاء الخلية ويشكل تفاعل البروتين البروتين.تشتمل البروتينات المتساوية الأيزوبنتادينات على فوسفات التيروزين، وGTase الصغير، وجزيئات الكوكابيرون، والصفيحة النووية، وبروتينات الربط المركزية.يمكن تحضير عديد ببتيدات الإيزوبرين باستخدام الأيزوبرين على الراتنجات أو عن طريق إدخال مشتقات السيستين.
7. تعديل مادة البولي إيثيلين جلايكول (PEG).
يمكن استخدام تعديل PEG لتحسين الاستقرار المائي للبروتين والتوزيع الحيوي وقابلية ذوبان الببتيد.يمكن أن يؤدي إدخال سلاسل PEG إلى الببتيدات إلى تحسين خصائصها الدوائية وكذلك منع التحلل المائي للببتيدات بواسطة الإنزيمات المحللة للبروتين.تمر ببتيدات PEG عبر المقطع العرضي الشعري الكبيبي بسهولة أكبر من الببتيدات العادية، مما يقلل بشكل كبير من تصفية الكلى.نظرًا لعمر النصف النشط الممتد لببتيدات PEG في الجسم الحي، يمكن الحفاظ على مستوى العلاج الطبيعي بجرعات أقل وأدوية الببتيد الأقل تكرارًا.ومع ذلك، فإن تعديل PEG له أيضًا آثار سلبية.تمنع الكميات الكبيرة من PEG الإنزيم من تحطيم الببتيد وتقلل أيضًا من ارتباط الببتيد بالمستقبل المستهدف.لكن الألفة المنخفضة لببتيدات PEG عادة ما يتم تعويضها من خلال عمر النصف الأطول للحركية الدوائية، ومن خلال تواجدها في الجسم لفترة أطول، يكون لدى ببتيدات PEG احتمالية أكبر لامتصاصها في الأنسجة المستهدفة.ولذلك، ينبغي تحسين مواصفات بوليمر PEG للحصول على أفضل النتائج.من ناحية أخرى، تتراكم ببتيدات PEG في الكبد بسبب انخفاض تصفية الكلى، مما يؤدي إلى متلازمة الجزيئات الكبيرة.ولذلك، يجب تصميم تعديلات PEG بعناية أكبر عند استخدام الببتيدات لاختبار المخدرات.
يمكن تلخيص مجموعات التعديل الشائعة لمعدلات PEG تقريبًا على النحو التالي: Amino (-amine) -NH2، aminomethyl-Ch2-NH2، hydroxy-OH، carboxy-Cooh، sulfhydryl (-Thiol) -SH، Maleimide -MAL، succinimide Carbonate - SC، أسيتات succinimide -SCM، بروبيونات succinimide -SPA، n-hydroxysuccinimide -NHS، Acrylate-ch2ch2cooh، ألدهيد -CHO (مثل بروبيونال ألد، بوتيرALD)، قاعدة أكريليك (-أكريليت-أكرل)، أزيدو أزيد، بيوتينيل - البيوتين، الفلورسين، الجلوتاريل -GA، الأكريليت هيدرازيد، ألكاين-ألكاين، بي-تولوينيسولفونات -OTs، سكسينيميد سكسينات -SS، إلخ. يمكن أن تقترن مشتقات PEG مع الأحماض الكربوكسيلية بالأمينات الطرفية n أو السلاسل الجانبية لليسين.يمكن أن يقترن PEG المنشط بالأحماض الأمينية بسلاسل جانبية من حمض الأسبارتيك أو حمض الجلوتاميك.يمكن ربط PEG المنشط بشكل سيئ مع مركبتان من سلاسل السيستين الجانبية غير المحمية بالكامل [11].يتم تصنيف معدّلات PEG عادةً على النحو التالي (ملاحظة: mPEG هو methoxy-PEG، CH3O-(CH2CH2O)n-CH2CH2-OH):
(1) معدّل PEG للسلسلة المستقيمة
mPEG-SC، mPEG-SCM، mPEG-SPA، mPEG-OTs، mPEG-SH، mPEG-ALD، mPEG-butyrALD، mPEG-SS
(2) معدل PEG ثنائي الوظيفة
HCOO-PEG-COOH، NH2-PEG-NH2، OH-PEG-COOH، OH-PEG-NH2، HCl·NH2-PEG-COOH، MAL-PEG-NHS
(3) معدل PEG المتفرع
(mPEG)2-NHS، (mPEG)2-ALD، (mPEG)2-NH2، (mPEG)2-MAL
8. البيوتين
يمكن أن يرتبط البيوتين بقوة مع الأفيدين أو الستربتافيدين، كما أن قوة الارتباط قريبة من الرابطة التساهمية.تُستخدم الببتيدات الموسومة بالبيوتين بشكل شائع في المقايسة المناعية، والكيمياء النسيجية، وقياس التدفق الخلوي القائم على التألق.يمكن أيضًا استخدام الأجسام المضادة للمضادات الحيوية الموسومة لربط الببتيدات المحتوية على بيوتينيل.غالبًا ما يتم ربط ملصقات البيوتين بالسلسلة الجانبية لليسين أو الطرف N.غالبًا ما يستخدم حمض 6-أمينوكابرويك كرابطة بين الببتيدات والبيوتين.الرابطة مرنة في الارتباط بالركيزة وترتبط بشكل أفضل في حالة وجود عائق استاتيكي.
9. وضع العلامات الفلورسنت
يمكن استخدام العلامات الفلورية لتتبع عديدات الببتيد في الخلايا الحية ودراسة الإنزيمات وآليات العمل.التربتوفان (Trp) فلوري، لذلك يمكن استخدامه لوضع العلامات الجوهرية.يعتمد طيف انبعاث التربتوفان على البيئة المحيطية ويتناقص مع انخفاض قطبية المذيب، وهي خاصية مفيدة للكشف عن بنية الببتيد وارتباط المستقبلات.يمكن إخماد مضان التربتوفان بواسطة حمض الأسبارتيك البروتوني وحمض الجلوتاميك، مما قد يحد من استخدامه.تكون مجموعة كلوريد دانسيل (Dansyl) شديدة الفلورسنت عند ربطها بمجموعة أمينية وغالبًا ما تستخدم كعلامة فلورسنت للأحماض الأمينية أو البروتينات.
يعد تحويل طاقة الرنين الفلوري (FRET) مفيدًا لدراسات الإنزيمات.عند تطبيق FRET، عادةً ما يحتوي عديد ببتيد الركيزة على مجموعة وضع علامات مضان ومجموعة إخماد مضان.يتم إخماد مجموعات الفلورسنت الموسومة بواسطة جهاز التبريد من خلال نقل الطاقة غير الفوتونية.عندما يتم فصل الببتيد عن الإنزيم المعني، تبعث مجموعة العلامات مضانًا.
10. الببتيدات القفصية
تحتوي الببتيدات القفصية على مجموعات حماية قابلة للإزالة بصريًا تحمي الببتيد من الارتباط بالمستقبل.عند التعرض للأشعة فوق البنفسجية، يتم تنشيط الببتيد، مما يستعيد تقاربه مع المستقبل.نظرًا لأنه يمكن التحكم في هذا التنشيط البصري وفقًا للوقت أو السعة أو الموقع، يمكن استخدام الببتيدات القفصية لدراسة التفاعلات التي تحدث في الخلايا.المجموعات الوقائية الأكثر استخدامًا للبولي ببتيدات القفصية هي مجموعات 2-نيتروبنزيل ومشتقاتها، والتي يمكن إدخالها في تخليق الببتيد عبر مشتقات الأحماض الأمينية الواقية.مشتقات الأحماض الأمينية التي تم تطويرها هي الليسين والسيستين والسيرين والتيروزين.ومع ذلك، لا يتم استخدام مشتقات الأسبارتات والغلوتامات بشكل شائع بسبب قابليتها للتدوير أثناء تخليق الببتيد وتفككه.
11. الببتيد متعدد المستضدات (MAP)
عادة لا تكون الببتيدات القصيرة محصنة ويجب أن تقترن بالبروتينات الحاملة لإنتاج الأجسام المضادة.يتكون الببتيد متعدد المستضدات (MAP) من عدة ببتيدات متطابقة متصلة بنواة الليسين، والتي يمكن أن تعبر على وجه التحديد عن مناعة عالية الفعالية ويمكن استخدامها لتحضير مقاطع البروتين الحاملة للببتيد.يمكن تصنيع عديد الببتيدات MAP عن طريق تخليق الطور الصلب على راتنج MAP.ومع ذلك، يؤدي الاقتران غير المكتمل إلى سلاسل الببتيد المفقودة أو المقطوعة في بعض الفروع، وبالتالي لا يظهر خصائص متعدد الببتيد MAP الأصلي.وكبديل، يمكن تحضير الببتيدات وتنقيتها بشكل منفصل ثم ربطها بـ MAP.إن تسلسل الببتيد المرتبط بنواة الببتيد محدد جيدًا ويمكن تمييزه بسهولة عن طريق قياس الطيف الكتلي.
خاتمة
يعد تعديل الببتيد وسيلة مهمة لتصميم الببتيدات.لا تستطيع الببتيدات المعدلة كيميائيًا الحفاظ على النشاط البيولوجي العالي فحسب، بل يمكنها أيضًا تجنب عيوب المناعة والسمية بشكل فعال.وفي الوقت نفسه، يمكن للتعديل الكيميائي أن يمنح الببتيدات بعض الخصائص الجديدة الممتازة.في السنوات الأخيرة، تم تطوير طريقة تنشيط CH للتعديل اللاحق للبولي ببتيدات بسرعة، وتم تحقيق العديد من النتائج المهمة.
وقت النشر: 20 مارس 2023