CN108218964A - 一种固相载体上酶法合成环肽方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固相载体上酶法合成环肽方法,属于环肽合成技术领域。本发明包括在固相载体上合成线性肽,酶催化载体上线性肽环化形成环肽的方法。该方法避免了传统方法中线性肽合成后的切割下来纯化步骤,使环肽合成变得简单易行,节约成本,产率高、易于纯化等优点,可以进行规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种固相载体上酶法合成环肽方法,属于环肽合成技术领域。
背景技术
环肽化合物具有多方面的生物活性,包括抗肿瘤、抗免疫等生物活性。与相应线性肽相比其在生物体内具有更好的抗酶解和抗化学降解的能力,可以延长体内半衰期从而发挥长效作用。常用的环合成方法是先用固相法在王树脂上合成线性肽,脱完Fmoc后用含三氟乙酸的切割液把线性肽从树脂上切割下来,进行HPLC纯化,得到较纯的有侧链保护基的线性肽,然后用缩合剂在液相里把线性肽首末端进行缩合形成环肽,用含三氟乙酸的切割液将环肽侧链的保护基切割掉,乙醚沉淀后经HPLC纯化得到产品。这种方法相对复杂,多了一步全保护切割和在液相里面缩合环化的步骤,而且环化时容易形成副产物,因此产率较低。另外,化学合成中频繁使用的缩合剂容易对环境造成一定污染。
发明内容
本发明的目的在于,为了解决环肽合成中冗繁的纯化步骤、产率低、不环保等问题,提供一种在酶的催化作用下,在固相载体上一锅法合成环肽。
本发明的第一个目的是提供一种固相载体上酶法合成环肽的方法,是在合成多肽后利用酶在固相载体上直接将线性肽环化。
在本发明的一种实施方式中,所述方法包括如下步骤:
(1)采用Fmoc-AA1-树脂,溶胀后在去保护基溶液作用下脱除Fmoc;AA1为多肽序列的第一个氨基酸;
(2)在活化剂和有机碱作用下,以DMF作为溶剂,氨基酸Fmoc-AAn-OH与树脂的第一个氨基酸进行缩合反应,反应1-3小时之后,去保护基溶液脱除Fmoc;其中,n≥2且n为整数;
(3)重复步骤(2)直至所有氨基酸偶联到树脂上,在切割试剂存在下脱去多肽侧链保护基;
(4)将所得负载多肽的树脂溶胀于酶反应缓冲液,利用酶进行线性肽环化生产环肽。
在本发明的一种实施方式中,所述步骤(4)包括:在酶反应缓冲液中利用空气中氧气自发形成第一对二硫键;然后加入相对反应树脂的量2-10倍当量的氧化剂氧化第二对二硫键形成,半胱氨酸侧链保护基为正交保护基团。
在本发明的一种实施方式中,所述步骤(1)中树脂包括但不限于2-Cl树脂、MBHA树脂、PEGA树脂、Rinke amide树脂、TentaGel树脂、ArgoGel树脂、Wang三氯乙腈树脂、NovalGels树脂、SPOCC类树脂、PVA-PEG树脂、PAMAM树枝状树脂或HMAP树脂。
在本发明的一种实施方式中,所述步骤(1)的树脂取代度为0.1-0.6mmol/g。
在本发明的一种实施方式中,所述步骤(1)的树脂目数为100-200目。
在本发明的一种实施方式中,所述步骤(1)中脱除Fmoc的溶液为含体积分数10-25%哌啶的DMF。
在本发明的一种实施方式中,所述步骤(2)中的活化剂包括但不限于HATU、HBTU、TBTU、DIC、BOP、PyAOP、PyBOP、BOP或HOBT。
在本发明的一种实施方式中,所述步骤(2)中的有机碱包括但不限于N-甲基吗啉或N,N-二异丙基乙胺。
在本发明的一种实施方式中,所述步骤(2)中氨基酸、活化剂、有机碱相对于树脂的摩尔当量分别为3、3、6或者5、5、10当量。
在本发明的一种实施方式中,所述步骤(2)中切割试剂包括按体积计95%TFA、2.5%TIS和2.5%H2O组成的混合液。
在本发明的一种实施方式中,所述步骤(3)中的酶包括但不限于sortaseA(简写做srtA)、butelase、蛋白酶、硫酯酶、异戊二烯基转移酶、谷氨酰胺转氨酶、omiligase或subtiligase。
在本发明的一种实施方式中,所述srtA酶作用于C端为LPXTG以及N端为多聚甘氨酸的肽序列,其中X为除半胱氨酸以外的任何氨基酸。
在本发明的一种实施方式中,所述butelase酶作用于C端为NHV或DHV且N端为XI、XL、XV或XC的序列;其中,X为除P、D和E以外的任何氨基酸。
在本发明的一种实施方式中,所述蛋白酶的作用序列为YRH。
在本发明的一种实施方式中,所述谷氨酰胺转氨酶作用N端为ALQ以及C端为K氨基酸的序列。
在本发明的一种实施方式中,所述subtiligase酶作用于N端为SY以及C端为FSKL的肽序列。
在本发明的一种实施方式中,所述步骤(3)中环肽的氨基酸个数为5到80个,不含或者含有1至2对二硫键,氨基酸可以为任意氨基酸。
在本发明的一种实施方式中,所述步骤(4)中形成二硫键的半胱氨酸侧链保护基为Trt、Acm、Meb和Mob中一种或者两种。
在本发明的一种实施方式中,所述步骤(4)中氧化剂包括碘或DMSO。
本发明的第二个目的是提供所述方法的应用。
在本发明的一种实施方式中,所述应用包括应用于下列环肽合成:GGGRRWQWRMKKLGAPSITLPET、GGRCTKSIPPICFPDLPET和GGCCSNPVCHLEHSNLCGLPET,其分别对应的线性肽序列为GGGRRWQWRMKKLGAPSITLPETGGS、GGGRCTKSIPPICFPDLPETGGS和GGCCSNPVCHLEHSNLCGLPETGGS。
在本发明的一种实施方式中,线性肽肽序列中N端为亲核多聚甘氨酸。
在本发明的一种实施方式中,线性肽肽序列中C端为srtA识别序列LPETGGS。
本发明还要求保护所述方法在制备含有环肽的产品方面的应用。
有益效果:本发明提出的固相载体上酶法合成环肽方法,固相载体上合成线性肽并脱除侧链保护基后直接与酶反应,在酶的催化作用下形成环肽产物,实现了一锅法合成环肽,收率为60%-80%,传统的液相酶法合成环肽产率仅为23%-50%。同时避免了传统方法中线性肽合成后的切割下来纯化步骤,使环肽合成变得简单易行,节约成本,可以进行规模化生产;另外,对于复杂的二硫键环肽合成同样适用于本发明方法。
附图说明
图1为树脂载体上酶催化环肽合成示意图;
图2为本发明实例1中合成的环肽HPLC与MALDI-TOF MS图;
图3为本发明实例2中合成的环肽HPLC与MALDI-TOF MS图;
图4为本发明实例3中合成的环肽HPLC与MALDI-TOF MS图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的内容做进一步说明:
实施例1环肽cyclo-GGGRRWQWRMKKLGAPSITLPET合成
称取0.1mmol PEGA树脂,依次用甲醇、DCM和DMF清洗。将3mmol Fmoc-AAn-OH,3mmol缩合剂TBTU和6mmol有机碱DIPEA溶于DMF中,加入固相合成管中进行反应2h,依次用DCM、MeOH、DMF清洗树脂,取少量树脂用茚三酮显色法(5%茚三酮乙醇溶液、60%苯酚溶液和吡啶溶液混合液)检测树脂显黄色,即可进入下一步反应,否则重复耦合一次。
20%哌啶脱掉Fmoc,依次用DCM、MeOH、DMF清洗树脂,取少量树脂用茚三酮显色法检测,加热至100度检测树脂显蓝色。重复以上步骤直至所有氨基酸(GGGRRWQWRMKKLGAPSITLPETGGS)缩合完成。将清洗后的树脂抽干,加入由95%TFA、2.5%TIS、2.5%H2O组成的切割试剂脱掉侧链保护基,此时的多肽仍然锚定在树脂载体上。取0.25-2.5mM上述多肽树脂用酶反应缓冲液溶胀;sortase A 10-40μM;反应缓冲液为0.3MTris-HCl(pH=7.5),0.15M NaCl,5mM CaCl2;37℃反应9小时,于不同时间段(0-9h)取样进行HPLC检测。
反应结束后,过滤除去树脂,所得滤液进行HPLC纯化和质谱鉴定,HPLC纯化参数如下:色谱柱型号:C-18(250×4.6mm);溶剂A:乙睛(0.1%三氟乙酸);溶剂B:水(0.1%三氟乙酸);梯度:A从20%到40%洗脱60min;溶剂流速:1.0mL/min;检测波长:220nm。
线性肽GGGRRWQWRMKKLGAPSITLPETGGS经sortaseA酶催化所得的环肽分子量为2608.6,产率为67%,见图2(反应在0h、1h、3h、6h和9h取样,HPLC检测环肽生成,在洗脱时间27.9min出现环肽产物峰)。
实施例2环肽cyclo-GGRCTKSIPPICFPDLPET合成
称取0.1mmol PEGA树脂,依次用甲醇、DCM和DMF清洗。将3mmol Fmoc-AAn-OH,3mmol缩合剂TBTU和6mmol有机碱DIPEA溶于DMF中,加入固相合成管中进行反应2h,依次用DCM、MeOH、DMF清洗树脂,取少量树脂用茚三酮显色法(5%茚三酮乙醇溶液、60%苯酚溶液和吡啶溶液混合液)检测树脂显黄色,即可进入下一步反应,否则重复耦合一次。20%哌啶脱掉Fmoc,依次用DCM、MeOH、DMF清洗树脂,取少量树脂用茚三酮显色法检测,加热至100度检测树脂显蓝色。重复以上步骤直至所有氨基酸(GGGRCTKSIPPICFPDLPETGGS)缩合完成,其中半胱氨酸侧链保护基为Trt。将清洗后的树脂抽干,加入由95%TFA、2.5%TIS、2.5%H2O组成的切割试剂脱掉侧链保护基,此时的多肽仍然锚定在树脂载体上。取0.25-2.5mM上述多肽树脂用酶反应缓冲液溶胀;sortase A10-40μM;反应缓冲液为0.3M Tris-HCl(pH=7.5),0.15M NaCl,5mM CaCl2;37℃反应36小时,不同时间段取样(0-36h)进行HPLC检测。反应结束后,过滤除去树脂,所得滤液进行HPLC纯化和质谱鉴定,HPLC纯化参数如下:色谱柱型号:C-18(250×4.6mm);溶剂A:乙睛(0.1%三氟乙酸);溶剂B:水(0.1%三氟乙酸);梯度:A从10%到50%洗脱40min;溶剂流速:1.0mL/min;检测波长:220nm。
线性肽GGGRCTKSIPPICFPDLPETGGS经sortase A酶催化所得的环肽分子量为2068.4,产率为77%,见图3(反应于0h、3h、9h、15h、24h和36h取样,HPLC检测环肽生成。洗脱时间26min为未形成二硫键的环肽,随着时间延长,27.1min出现形成二硫键的环肽)。
实施例3环肽cyclo-GGCCSNPVCHLEHSNLCGLPET合成
称取0.1mmol PEGA树脂,依次用甲醇、DCM和DMF清洗。将3mmol Fmoc-AAn-OH,3mmol缩合剂TBTU和6mmol有机碱DIPEA溶于DMF中,加入固相合成管中进行反应2h,依次用DCM、MeOH、DMF清洗树脂,取少量树脂用茚三酮显色法(5%茚三酮乙醇溶液、60%苯酚溶液和吡啶溶液混合液)检测树脂显黄色,即可进入下一步反应,否则重复耦合一次。20%哌啶脱掉Fmoc,依次用DCM、MeOH、DMF清洗树脂,取少量树脂用茚三酮显色法检测,加热至100度检测树脂显蓝色。重复以上步骤直至所有氨基酸(GGCCSNPVCHLEHSNLCGLPETGGS)缩合完成,其中Cys3和Cys9上的侧链保护基为Trt,Cys4和Cys17上侧链保护基为Acm。将清洗后的树脂抽干,加入由95%TFA、2.5%TIS、2.5%H2O组成的切割试剂脱掉侧链保护基,此时的多肽仍然锚定在树脂载体上。取0.25-2.5mM上述多肽树脂用酶反应缓冲液溶胀;sortaseA 10-40μM;反应缓冲液为0.3M Tris-HCl(pH=8.5),0.15M NaCl,5mM CaCl2;37℃反应24小时,不同时间段取样进行HPLC检测。然后加入2.5-25mM碘,反应3小时后,HPLC检测反应,过滤除去树脂,所得滤液进行HPLC纯化和质谱鉴定,HPLC纯化参数如下:柱子型号:C-18(250×4.6mm);溶剂A:乙睛(0.1%三氟乙酸);溶剂B:水(0.1%三氟乙酸);梯度:A从25%到35%洗脱35min;溶剂流速:1.0mL/min;检测波长:220nm。线性肽GGCCSNPVCHLEHSNLCGLPETGGS经sortaseA酶催化所得的环肽分子量为2248.5,产率为61%,见图4(反应于0h、1h、3h、9h、24h和27h取样,HPLC检测环肽生成。13min为未形成二硫键的环肽,随着时间延长,15min出现形成一对二硫键的环肽,加入碘后3h,18min出现形成二对二硫键环肽)。
对比例1
具体实施方式同实施例1,区别在于,利用Wang树脂进行多肽合成,三氟乙酸脱除侧链保护基并将多肽从树脂上切割下来,半制备HPLC纯化获得纯品多肽,纯品多肽在酶的反应缓冲液中利用酶催化合成环肽,采用相同测定方法对制备获得的环肽进行测定,结果显示,环肽的产率为40%。
对比例2
具体实施方式同实施例2,区别在于,利用Wang树脂进行多肽合成,三氟乙酸脱除侧链保护基并将多肽从树脂上切割下来,半制备HPLC纯化获得纯品多肽,纯品多肽在酶的反应缓冲液中利用酶催化合成环肽,并利用空气中的氧气自动环化二硫键,采用相同测定方法对制备获得的环肽进行测定,结果显示,环肽的产率为50%。
对比例3
具体实施方式同实施例3,区别在于,利用Wang树脂进行多肽合成,三氟乙酸脱除侧链保护基并将多肽从树脂上切割下来,半制备HPLC纯化获得纯品多肽,纯品多肽在酶的反应缓冲液中利用酶催化合成环肽,并利用空气中的氧气自动完成第一对二硫键的形成,然后半制备HPLC纯化所得的环肽利用碘作为氧化剂,以50%乙酸作为溶剂进行第二对二硫键形成,反应结束后半制备HPLC纯化产品,采用相同测定方法对制备获得的环肽进行测定,结果显示,环肽的产率为23%。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上,但其并非用以限定本发明,任何熟悉此技术的人,在不脱离本发明的精神和范围内,都可做各种的改动与修饰,因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
SEQUENCE LISTING
<110> 江南大学
<120> 一种固相载体上酶法合成环肽方法
<160> 7
<170> PatentIn version 3.3
<210> 1
<211> 23
<212> PRT
<213> 人工序列
<400> 1
Gly Gly Gly Arg Arg Trp Gln Trp Arg Met Lys Lys Leu Gly Ala Pro
1 5 10 15
Ser Ile Thr Leu Pro Glu Thr
20
<210> 2
<211> 19
<212> PRT
<213> 人工序列
<400> 2
Gly Gly Arg Cys Thr Lys Ser Ile Pro Pro Ile Cys Phe Pro Asp Leu
1 5 10 15
Pro Glu Thr
<210> 3
<211> 22
<212> PRT
<213> 人工序列
<400> 3
Gly Gly Cys Cys Ser Asn Pro Val Cys His Leu Glu His Ser Asn Leu
1 5 10 15
Cys Gly Leu Pro Glu Thr
20
<210> 4
<211> 26
<212> PRT
<213> 人工序列
<400> 4
Gly Gly Gly Arg Arg Trp Gln Trp Arg Met Lys Lys Leu Gly Ala Pro
1 5 10 15
Ser Ile Thr Leu Pro Glu Thr Gly Gly Ser
20 25
<210> 5
<211> 23
<212> PRT
<213> 人工序列
<400> 5
Gly Gly Gly Arg Cys Thr Lys Ser Ile Pro Pro Ile Cys Phe Pro Asp
1 5 10 15
Leu Pro Glu Thr Gly Gly Ser
20
<210> 6
<211> 25
<212> PRT
<213> 人工序列
<400> 6
Gly Gly Cys Cys Ser Asn Pro Val Cys His Leu Glu His Ser Asn Leu
1 5 10 15
Cys Gly Leu Pro Glu Thr Gly Gly Ser
20 25
<210> 7
<211> 7
<212> PRT
<213> 人工序列
<400> 7
Leu Pro Glu Thr Gly Gly Ser
1 5
Claims (10)
1.一种固相载体上酶法合成环肽的方法,其特征在于,是在合成多肽后利用酶在固相载体上直接将线性肽环化。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述酶包括sortase A、butelase、蛋白酶、硫酯酶、异戊二烯基转移酶、谷氨酰胺转氨酶、omiligase或subtiligase。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)采用Fmoc-AA1-树脂,溶胀后在去保护基溶液作用下脱除Fmoc;AA1为多肽序列的第一个氨基酸;
(2)在活化剂和有机碱作用下,以DMF作为溶剂,氨基酸Fmoc-AAn-OH与树脂的第一个氨基酸进行缩合反应,反应1-3小时之后,去保护基溶液脱除Fmoc;其中,n≥2且n为整数;
(3)重复步骤(2)直至所有氨基酸偶联到树脂上,在切割试剂存在下脱去多肽侧链保护基;
(4)将所得负载多肽的树脂溶胀于酶反应缓冲液,利用酶进行线性肽环化生产环肽。
4.根据权利要求1或3所述的方法,其特征在于,所述树脂包括2-Cl树脂、MBHA树脂、PEGA树脂、Rinke amide树脂、TentaGel树脂、ArgoGel树脂、Wang三氯乙腈树脂、NovalGels树脂、SPOCC类树脂、PVA-PEG树脂、PAMAM树枝状树脂或HMAP树脂。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述步骤(1)的树脂取代度为0.1-0.6mmol/g;脱除Fmoc的溶液为含体积分数10-25%哌啶的DMF。
6.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述步骤(2)中的活化剂包括HATU、HBTU、TBTU、DIC、BOP、PyAOP、PyBOP、BOP或HOBT;有机碱包括N-甲基吗啉或N,N-二异丙基乙胺。
7.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述步骤(4)中形成二硫键的半胱氨酸侧链保护基为Trt、Acm、Meb和Mob中一种或者两种;所述氧化剂包括碘或DMSO。
8.根据权利要求1~7任一所述的方法,其特征在于,酶的作用方式包括以下任一种:
(1)srtA酶作用于C端为LPXTG以及N端为多聚甘氨酸的肽序列,其中X为除半胱氨酸以外的任何氨基酸;
(2)butelase酶作用于C端为NHV或DHV且N端为XI、XL、XV或XC的序列;其中,X为除P、D和E以外的任何氨基酸;
(3)蛋白酶的作用于YRH;
(4)谷氨酰胺转氨酶作用于N端为ALQ以及C端为K氨基酸的序列;
(5)subtiligase酶作用于N端为SY以及C端为FSKL的肽序列。
9.一种提高环肽合成效率的方法,其特征在于,在合成多肽后利用酶在固相载体上直接将线性肽环化;所述酶包括sortaseA、butelase、蛋白酶、硫酯酶、异戊二烯基转移酶、谷氨酰胺转氨酶、omiligase或subtiligase。
10.权利要求1~9任一所述方法在制备含有环肽的产品方面的应用。
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