Введение

Пептоиды (корень от греческого πεπτός, peptós "переваренный"; происходит от πέσσειν, péssein "переваривать" и греческого производного суффикса oid, означающего "подобный, похожий на", или поли-N-замещенные глицины) — это класс биохимических веществ, известных как биомиметики, которые воспроизводят поведение биологических молекул. Пептидомиметики характеризуются боковыми цепями, присоединенными к атому азота пептидного остова, а не к α-углеродам (как это происходит в аминокислотах).

Химический состав и синтез

В пептоидах боковая цепь присоединена к азоту пептидного остова, а не к α-углероду, как в пептидах. Важно отметить, что пептоиды лишены амидного водорода, который обуславливает многие элементы вторичной структуры пептидов и белков. Пептоиды были впервые синтезированы Рейной Джей Саймон, Рональдом Н. Цукерманном, Полом Бартлеттом и Дэниелом В. Санти для имитации белковых/пептидных продуктов с целью облегчения разработки стабильных к протеазам малых молекул лекарственных средств для компании Chiron из Ист-Бей. В соответствии с протоколом субмономерного синтеза, изначально разработанным Роном Цукерманном, каждый остаток вводится в два этапа: ацилирование и замещение. На этапе ацилирования галогенацетильная кислота, обычно бромоуксусная кислота, активированная диизопропилкарбодиимидом, реагирует с амином предыдущего остатка. На этапе замещения (классическая реакция SN2) амин вытесняет галоген, образуя N-замещенный остаток глицина. Субмономерный подход позволяет использовать любые коммерчески доступные или синтетически получаемые амины, что открывает широкие возможности для комбинаторной химии.

Уникальные характеристики

Как и D-пептиды и β-пептиды, пептоиды полностью устойчивы к протеолизу, что делает их перспективными для терапевтических применений, где протеолиз представляет собой значительную проблему. Поскольку вторичная структура пептоидов не формируется за счет водородных связей, она обычно не денатурируется растворителями, температурой или химическими денатураторами, такими как мочевина (подробности см. ниже). Важно отметить, что поскольку аминогруппа в пептоидах образуется из любого амина, можно использовать тысячи коммерчески доступных аминов для создания беспрецедентного химического разнообразия в каждой позиции по стоимости, значительно ниже, чем для аналогичных пептидов или пептидомиметиков. На сегодняшний день в качестве боковых цепей в пептоидах использовано как минимум 230 различных аминов.

Структура

Известно, что пептиоидные олигомеры конформационно нестабильны из-за гибкости метиленовых групп основной цепи и отсутствия стабилизирующих водородных связей вдоль основной цепи. Тем не менее, подбором подходящих боковых цепей можно сформировать специфические стерические или электронные взаимодействия, способствующие образованию стабильных вторичных структур, таких как спирали. Особенно пептиоиды с Cα-разветвленными боковыми цепями склонны принимать структуру, аналогичную спирали полипролина I. Различные стратегии используются для предсказания и характеристики вторичной структуры пептиоидов, с конечной целью разработки полностью свернутых пептиоидных белковых структур. Изомеризация цис/транс амидных связей по-прежнему приводит к конформационной гетерогенности, препятствующей формированию однородных пептиоидных фолдеров. Однако ученым удалось обнаружить транс-индукторы – N-арильные боковые цепи, способствующие формированию полипролиновой спирали II типа, а также сильные цис-индукторы, такие как объемные нафтилэтильные и трет-бутильные боковые цепи. Также было установлено, что n→π* взаимодействия могут модулировать соотношение цис/транс конформеров амидных связей, вплоть до полного контроля цис-конформера в пептиоидном каркасе с использованием функционализируемой боковой цепи триазолия.

Приложения

Первая демонстрация применения пептоидов заключалась в скрининге комбинаторной библиотеки разнообразных пептоидов, в результате чего были получены новые лиганды с высокой аффинностью к 7-трансмембранным G-белок-связанным рецепторам. Пептоиды разрабатываются как кандидаты для широкого спектра биомедицинских применений, включая антимикробные средства, синтетические сурфактанты легких, лиганды для различных белков, таких как Src Homology 3 (SH3-домен), рецептор 2 фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) и биомаркеры иммуноглобулина G для выявления болезни Альцгеймера. Благодаря своим благоприятным характеристикам, описанным выше, пептоиды также активно разрабатываются для использования в нанотехнологиях, области, в которой они могут сыграть важную роль.

Антимикробные средства

Исследователи, получившие гранты от NIH и NIAID, протестировали эффективность антимикробных пептоидов против антибиотикорезистентных штаммов Mycobacterium tuberculosis. Антимикробные пептоиды демонстрируют неспецифический механизм действия на бактериальную мембрану, отличающийся от механизма действия малых молекул антибиотиков, которые связываются со специфическими рецепторами (и, следовательно, уязвимы к мутациям или изменениям в структуре бактерий). Предварительные результаты показали "заметную активность" против чувствительных к лекарствам бактериальных штаммов, что побудило к дальнейшим исследованиям возможности использования пептоидов в качестве нового класса туберкулоцидных препаратов. Исследователи из лаборатории Баррона при Стэнфордском университете (поддерживаемые грантом NIH Pioneer Award) в настоящее время изучают, может ли повышение экспрессии человеческого защитного пептида LL 37 или применение антимикробных методов лечения на основе LL 37 предотвратить или лечить спорадическую деменцию Альцгеймера. Ведущий исследователь Эннелиз Баррон обнаружила, что врожденный человеческий защитный пептид LL 37 связывается с пептидом Ab, ассоциированным с болезнью Альцгеймера. Баррон предполагает, что дисбаланс между LL 37 и Ab может быть ключевым фактором, влияющим на фибриллы и бляшки, связанные с болезнью Альцгеймера. Проект также расширяет изучение потенциальной связи между хроническими оральными инфекциями, вызванными P. gingivalis и герпесвирусом (HSV 1), и прогрессированием деменции Альцгеймера.