Les peptides sont une classe de composés formés par la connexion de plusieurs acides aminés via des liaisons peptidiques.Ils sont omniprésents dans les organismes vivants.Jusqu’à présent, des dizaines de milliers de peptides ont été découverts dans les organismes vivants.Les peptides jouent un rôle important dans la régulation des activités fonctionnelles de divers systèmes, organes, tissus et cellules ainsi que dans les activités de la vie, et sont souvent utilisés dans l'analyse fonctionnelle, la recherche d'anticorps, le développement de médicaments et d'autres domaines.Avec le développement de la biotechnologie et de la technologie de synthèse peptidique, de plus en plus de médicaments peptidiques ont été développés et appliqués en clinique.
Il existe une grande variété de modifications peptidiques, qui peuvent être simplement divisées en post-modification et modification de processus (en utilisant la modification d'acides aminés dérivés), et modification N-terminale, modification C-terminale, modification de chaîne latérale, modification d'acides aminés, modification de squelette, etc., en fonction du site de modification (Figure 1).En tant que moyen important de modifier la structure de la chaîne principale ou les groupes de chaînes latérales des chaînes peptidiques, la modification peptidique peut modifier efficacement les propriétés physiques et chimiques des composés peptidiques, augmenter la solubilité dans l'eau, prolonger le temps d'action in vivo, modifier leur distribution biologique, éliminer l'immunogénicité. , réduire les effets secondaires toxiques, etc. Dans cet article, plusieurs stratégies majeures de modification des peptides et leurs caractéristiques sont présentées.
1. Cyclisation
Les peptides cycliques ont de nombreuses applications en biomédecine, et de nombreux peptides naturels ayant une activité biologique sont des peptides cycliques.Étant donné que les peptides cycliques ont tendance à être plus rigides que les peptides linéaires, ils sont extrêmement résistants au système digestif, peuvent survivre dans le tube digestif et présentent une plus forte affinité pour les récepteurs cibles.La cyclisation est le moyen le plus direct de synthétiser des peptides cycliques, en particulier pour les peptides dotés d'un grand squelette structurel.Selon le mode de cyclisation, il peut être divisé en type de chaîne latérale, de type terminal à chaîne latérale, de type terminal à terminal (type de bout en bout).
(1) sidechain à sidechain
Le type le plus courant de cyclisation de chaîne latérale à chaîne latérale est le pontage disulfure entre les résidus cystéine.Cette cyclisation est introduite par une paire de résidus cystéine déprotégés puis oxydés pour former des liaisons disulfure.La synthèse polycyclique peut être obtenue par élimination sélective des groupes de protection sulfhydryle.La cyclisation peut se faire soit dans un solvant de post-dissociation, soit sur une résine de pré-dissociation.La cyclisation sur les résines peut être moins efficace que la cyclisation sur solvant car les peptides sur les résines ne forment pas facilement des conformations cyclifiées.Un autre type de cyclisation chaîne latérale - chaîne latérale est la formation d'une structure amide entre un résidu d'acide aspartique ou d'acide glutamique et l'acide aminé de base, ce qui nécessite que le groupe de protection de la chaîne latérale puisse être éliminé sélectivement du polypeptide soit sur la résine ou après dissociation.Le troisième type de cyclisation chaîne latérale-chaîne latérale est la formation d'éthers diphényliques par la tyrosine ou la p-hydroxyphénylglycine.Ce type de cyclisation dans les produits naturels ne se retrouve que dans les produits microbiens, et les produits de cyclisation ont souvent une valeur médicinale potentielle.La préparation de ces composés nécessite des conditions de réaction uniques, c’est pourquoi ils ne sont pas souvent utilisés dans la synthèse de peptides conventionnels.
(2) terminal à sidechain
La cyclisation de la chaîne côté terminal implique généralement le C-terminal avec le groupe amino de la chaîne latérale lysine ou ornithine, ou le N-terminal avec la chaîne latérale de l'acide aspartique ou de l'acide glutamique.Une autre cyclisation polypeptidique est réalisée en formant des liaisons éther entre le terminal C et les chaînes latérales sérine ou thréonine.
(3) Type terminal ou tête-bêche
Les polypeptides en chaîne peuvent être soit cyclés dans un solvant, soit fixés sur une résine par cyclation en chaîne latérale.De faibles concentrations de peptides doivent être utilisées dans la centralisation des solvants pour éviter l’oligomérisation des peptides.Le rendement d'un polypeptide cyclique synthétique tête-bêche dépend de la séquence du polypeptide en chaîne.Par conséquent, avant de préparer des peptides cycliques à grande échelle, une bibliothèque de peptides principaux en chaîne possibles doit d’abord être créée, suivie d’une cyclisation pour trouver la séquence donnant les meilleurs résultats.
2. N-méthylation
La N-méthylation se produit à l'origine dans les peptides naturels et est introduite dans la synthèse peptidique pour empêcher la formation de liaisons hydrogène, rendant ainsi les peptides plus résistants à la biodégradation et à la clairance.La synthèse de peptides à l’aide de dérivés d’acides aminés N-méthylés est la méthode la plus importante.De plus, la réaction Mitsunobu d'intermédiaires polypeptide-résine N-(chlorure de 2-nitrobenzène sulfonyle) avec du méthanol peut également être utilisée.Cette méthode a été utilisée pour préparer des bibliothèques de peptides cycliques contenant des acides aminés N-méthylés.
3. Phosphorylation
La phosphorylation est l’une des modifications post-traductionnelles les plus courantes dans la nature.Dans les cellules humaines, plus de 30 % des protéines sont phosphorylées.La phosphorylation, en particulier la phosphorylation réversible, joue un rôle important dans le contrôle de nombreux processus cellulaires, tels que la transduction du signal, l'expression des gènes, la régulation du cycle cellulaire et du cytosquelette, ainsi que l'apoptose.
La phosphorylation peut être observée sur divers résidus d'acides aminés, mais les cibles de phosphorylation les plus courantes sont les résidus sérine, thréonine et tyrosine.Les dérivés de la phosphotyrosine, de la phosphothréonine et de la phosphosérine peuvent être soit introduits dans les peptides pendant la synthèse, soit formés après la synthèse peptidique.La phosphorylation sélective peut être obtenue en utilisant des résidus de sérine, de thréonine et de tyrosine qui éliminent sélectivement les groupes protecteurs.Certains réactifs de phosphorylation peuvent également introduire des groupes acide phosphorique dans le polypeptide par post-modification.Ces dernières années, la phosphorylation de la lysine spécifique à un site a été réalisée à l'aide d'une réaction chimiquement sélective de Staudinger-phosphite (Figure 3).
4. Myristoylation et palmitoylation
L'acylation du N-terminal avec des acides gras permet aux peptides ou aux protéines de se lier aux membranes cellulaires.La séquence myridamoylée sur le N-terminal permet aux protéines kinases de la famille Src et aux protéines de la transcriptase inverse Gaq d'être ciblées pour se lier aux membranes cellulaires.L'acide myristique a été lié au N-terminal de la résine-polypeptide à l'aide de réactions de couplage standard, et le lipopeptide résultant a pu être dissocié dans des conditions standard et purifié par RP-HPLC.
5. Glycosylation
Les glycopeptides tels que la vancomycine et la teicolanine sont des antibiotiques importants pour le traitement des infections bactériennes résistantes aux médicaments, et d'autres glycopeptides sont souvent utilisés pour stimuler le système immunitaire.De plus, étant donné que de nombreux antigènes microbiens sont glycosylés, il est très important d’étudier les glycopeptides pour améliorer l’effet thérapeutique de l’infection.D'autre part, il a été constaté que les protéines de la membrane cellulaire des cellules tumorales présentent une glycosylation anormale, ce qui fait que les glycopeptides jouent un rôle important dans la recherche sur le cancer et la défense immunitaire des tumeurs.Les glycopeptides sont préparés par la méthode Fmoc/t-Bu.Les résidus glycosylés, tels que la thréonine et la sérine, sont souvent introduits dans les polypeptides par les fMOC activées par l'ester de pentafluorophénol pour protéger les acides aminés glycosylés.
6. Isoprène
L'isopentadiénylation se produit sur les résidus cystéine dans la chaîne latérale près du C-terminal.L'isoprène protéique peut améliorer l'affinité de la membrane cellulaire et former une interaction protéine-protéine.Les protéines isopentadiénées comprennent la tyrosine phosphatase, la petite GTase, les molécules de cochaperone, la lame nucléaire et les protéines de liaison centromériques.Les polypeptides d'isoprène peuvent être préparés en utilisant de l'isoprène sur des résines ou en introduisant des dérivés de cystéine.
7. Modification du polyéthylène glycol (PEG)
La modification du PEG peut être utilisée pour améliorer la stabilité hydrolytique des protéines, la biodistribution et la solubilité des peptides.L'introduction de chaînes PEG dans les peptides peut améliorer leurs propriétés pharmacologiques et également inhiber l'hydrolyse des peptides par les enzymes protéolytiques.Les peptides PEG traversent la section transversale capillaire glomérulaire plus facilement que les peptides ordinaires, réduisant considérablement la clairance rénale.En raison de la demi-vie active prolongée des peptides PEG in vivo, le niveau de traitement normal peut être maintenu avec des doses plus faibles et des médicaments peptidiques moins fréquents.Cependant, la modification du PEG a également des effets négatifs.De grandes quantités de PEG empêchent l'enzyme de dégrader le peptide et réduisent également la liaison du peptide au récepteur cible.Mais la faible affinité des peptides PEG est généralement compensée par leur demi-vie pharmacocinétique plus longue, et en étant présents plus longtemps dans l'organisme, les peptides PEG ont une plus grande probabilité d'être absorbés dans les tissus cibles.Par conséquent, les spécifications du polymère PEG doivent être optimisées pour des résultats optimaux.D’autre part, les peptides PEG s’accumulent dans le foie en raison d’une clairance rénale réduite, entraînant un syndrome macromoléculaire.Par conséquent, les modifications du PEG doivent être conçues avec plus de soin lorsque les peptides sont utilisés pour tester des médicaments.
Les groupes de modifications courants des modificateurs PEG peuvent être grossièrement résumés comme suit : Amino (-amine) -NH2, aminométhyl-Ch2-NH2, hydroxy-OH, carboxy-Cooh, sulfhydryl (-Thiol) -SH, Maléimide -MAL, carbonate de succinimide - SC, acétate de succinimide -SCM, propionate de succinimide -SPA, n-hydroxysuccinimide -NHS, Acrylate-ch2ch2cooh, aldéhyde -CHO (tel que propional-ald, butyrALD), base acrylique (-acrylate-acrl), azido-azide, biotinyl - Biotine, fluorescéine, glutaryl -GA, acrylate hydrazide, alcyne-alcyne, p-toluènesulfonate -OTs, succinimide succinate -SS, etc. Les dérivés PEG avec des acides carboxyliques peuvent être couplés à des amines n-terminales ou à des chaînes latérales de lysine.Le PEG amino-activé peut être couplé aux chaînes latérales de l’acide aspartique ou de l’acide glutamique.Le PEG mal activé peut être conjugué au mercaptan de chaînes latérales de cystéine entièrement déprotégées [11].Les modificateurs PEG sont généralement classés comme suit (remarque : le mPEG est un méthoxy-PEG, CH3O-(CH2CH2O)n-CH2CH2-OH) :
(1) modificateur PEG à chaîne droite
mPEG-SC, mPEG-SCM, mPEG-SPA, mPEG-OT, mPEG-SH, mPEG-ALD, mPEG-butyrALD, mPEG-SS
(2) modificateur PEG bifonctionnel
HCOO-PEG-COOH, NH2-PEG-NH2, OH-PEG-COOH, OH-PEG-NH2, HCl·NH2-PEG-COOH, MAL-PEG-NHS
(3) modificateur PEG de branchement
(mPEG)2-NHS, (mPEG)2-ALD, (mPEG)2-NH2, (mPEG)2-MAL
8. Biotinisation
La biotine peut être fortement liée à l'avidine ou à la streptavidine, et la force de liaison est même proche d'une liaison covalente.Les peptides marqués à la biotine sont couramment utilisés en immunoessais, en histocytochimie et en cytométrie en flux basée sur la fluorescence.Les anticorps antibiotine marqués peuvent également être utilisés pour se lier aux peptides biotinylés.Les marqueurs de biotine sont souvent attachés à la chaîne latérale de la lysine ou au terminal N.L'acide 6-aminocaproïque est souvent utilisé comme lien entre les peptides et la biotine.La liaison est flexible dans sa liaison au substrat et se lie mieux en présence d'un obstacle stérique.
9. Étiquetage fluorescent
Le marquage fluorescent peut être utilisé pour tracer des polypeptides dans des cellules vivantes et pour étudier les enzymes et les mécanismes d'action.Le tryptophane (Trp) est fluorescent, il peut donc être utilisé pour le marquage intrinsèque.Le spectre d'émission du tryptophane dépend de l'environnement périphérique et diminue avec la diminution de la polarité du solvant, une propriété utile pour détecter la structure peptidique et la liaison au récepteur.La fluorescence du tryptophane peut être atténuée par l’acide aspartique protoné et l’acide glutamique, ce qui peut limiter son utilisation.Le groupe chlorure de Dansyle (Dansyl) est hautement fluorescent lorsqu'il est lié à un groupe amino et est souvent utilisé comme marqueur fluorescent pour les acides aminés ou les protéines.
La conversion d'énergie par résonance de fluorescence (FRET) est utile pour les études enzymatiques.Lorsque FRET est appliqué, le polypeptide substrat contient généralement un groupe de marquage de fluorescence et un groupe d'extinction de fluorescence.Les groupes fluorescents marqués sont désactivés par le quencher par transfert d'énergie non photonique.Lorsque le peptide est dissocié de l’enzyme en question, le groupe de marquage émet une fluorescence.
10. Polypeptides en cage
Les peptides en cage possèdent des groupes protecteurs optiquement amovibles qui empêchent le peptide de se lier au récepteur.Lorsqu’il est exposé aux rayons UV, le peptide est activé, rétablissant son affinité pour le récepteur.Étant donné que cette activation optique peut être contrôlée en fonction du temps, de l’amplitude ou du lieu, les peptides en cage peuvent être utilisés pour étudier les réactions se produisant dans les cellules.Les groupes protecteurs les plus couramment utilisés pour les polypeptides en cage sont les groupes 2-nitrobenzyle et leurs dérivés, qui peuvent être introduits dans la synthèse peptidique via des dérivés protecteurs d'acides aminés.Les dérivés d'acides aminés développés sont la lysine, la cystéine, la sérine et la tyrosine.Les dérivés de l'aspartate et du glutamate, cependant, ne sont pas couramment utilisés en raison de leur susceptibilité à la cyclisation lors de la synthèse et de la dissociation peptidique.
11. Peptide polyantigénique (MAP)
Les peptides courts ne sont généralement pas immunisés et doivent être couplés à des protéines porteuses pour produire des anticorps.Le peptide polyantigénique (MAP) est composé de plusieurs peptides identiques connectés à des noyaux de lysine, qui peuvent exprimer spécifiquement des immunogènes de haute puissance et peuvent être utilisés pour préparer des distiques de protéines porteuses de peptides.Les polypeptides MAP peuvent être synthétisés par synthèse en phase solide sur résine MAP.Cependant, un couplage incomplet entraîne des chaînes peptidiques manquantes ou tronquées sur certaines branches et ne présente donc pas les propriétés du polypeptide MAP d'origine.Comme alternative, les peptides peuvent être préparés et purifiés séparément, puis couplés au MAP.La séquence peptidique attachée au noyau peptidique est bien définie et facilement caractérisée par spectrométrie de masse.
Conclusion
La modification peptidique est un moyen important de concevoir des peptides.Les peptides chimiquement modifiés peuvent non seulement maintenir une activité biologique élevée, mais également éviter efficacement les inconvénients d'immunogénicité et de toxicité.Dans le même temps, la modification chimique peut conférer aux peptides de nouvelles propriétés excellentes.Ces dernières années, la méthode d’activation du CH pour la post-modification des polypeptides a été rapidement développée et de nombreux résultats importants ont été obtenus.
Heure de publication : 20 mars 2023