How conformation matters: Ionic liquids as reaction media for oxidative folding and native chemical ligation of cysteine-containing peptides
Final Report Abstract
Das Ziel unserer Arbeiten war es, die Anwendbarkeit von Ionischen Flüssigkeiten (ILs) als Reaktionsmedium für die oxidative Faltung und Native Chemische Ligation (NCL) von Peptiden zu untersuchen. Beide Reaktionen sind essentiell für die synthetische Herstellung vieler Cystein-reicher Peptide, wie zum Beispiel verschiedenster tierischer Toxine. Während der Förderperiode konnten wir zeigen, dass ILs tatsächlich geeignete Lösungsmittel für die zuvor genannten Reaktionen sind. Die oxidative Faltung von Peptiden in Ionischen Flüssigkeiten, insbesondere in 1-Ethyl-3-methylimidazoliumacetat, verläuft schneller und mit höherer Selektivität resultierend in einem cyclischen Isomer, wie wir beispielsweise für verschiedene Kegelschnecken-Toxine zeigen konnten. Sowohl kurze, einfache Peptide mit nur einer Disulfidbrücke (CCAP-vil) als auch komplexere Peptide mit drei Disulfidbrücken (µ-SIIIA, µ-PIIIA, δ-EVIA) konnten erfolgreich in Ionischen Flüssigkeiten oxidiert werden. Die herausragenden Vorteile der Oxidation in ILs waren: i) eine höhere Löslichkeit hydrophober Peptide, ii) höhere Reaktionsgeschwindigkeit, iii) höhere Selektivität für eine bestimmte Faltung und iv) eine hohe thermische Stabilität dieser Peptide in ILs. Zusätzlich beeinflusste der Typ der IL die Eignung für die oxidative Faltung. Es wurde gezeigt, dass Wasserstoffbrückenakzeptor-Anionen für geladene Peptide bevorzugt sind, wohingegen schwach geladene bzw. ungeladene Peptide eine bessere oxidative Faltung in ILs zeigten, deren Anionen eine geringe Tendenz zur Ausbildung von Wasserstoffbrücken besitzen. Die Reaktion zeigte eine deutliche Abhängigkeit vom Wassergehalt der IL. Im Gegensatz zu Proteinen, deren Verhalten und Aktivität in ILs, war eine Erhöhung des Wassergehaltes im Ansatz in allen untersuchten Fällen nachteilig im Hinblick auf Ausbeute und Qualität des Produktes. Wir konnten jedoch, wie bereits für eine Vielzahl von Proteinen beschrieben, eine erhöhte thermische Stabilität unserer oxidierten Peptide in verschiedenen ILs, u.a.1-Ethyl-3-methylimidazoliumacetat,Ethylammoniumformiat und Methylammoniumformiat, nachweisen. Bezüglich der NativenChemischenLigation (NCL) in Ionischen Flüssigkeiten konnten wir die Anwendbarkeit dieser Medienfür die Herstellung eines natürlich vorkommenden, 66meren und Disulfid-reichen gerinnungshemmenden Peptids, Tridegin, zeigen. Im Gegensatz zu NCL in wässrigen Lösungen wurde die Reaktion in ILs ohne Zugabe von meist toxischen Additiven wie Thiophenol und Benzylmercaptan durchgeführt. Zudem deuten zuletzt begonnene Untersuchungen an kürzeren Modellpeptiden auch hier auf eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit hin. Insgesamt wurde gezeigt, dass ILs geeignete Lösungsmittel für die Synthese Cystein-reicher Peptide sind. Die Reaktionsgeschwindigkeit, Ausbeute und Qualität waren besser für beide Reaktionstypen, oxidative Faltung und NCL, trotz der Vermeidung toxischer Additive und konventioneller Lösungsmittel, verringerter Temperatur und langer Reaktionszeiten. Das Potential dieser Erkenntnisse wird zukünftig weiterhin für eine höhere Anzahl repräsentativer Peptide ausgenutzt und weiterentwickelt werden.
