WO2004014941A1 - Method for selective peptide labeling - Google Patents

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WO2004014941A1
WO2004014941A1 PCT/DE2003/002534 DE0302534W WO2004014941A1 WO 2004014941 A1 WO2004014941 A1 WO 2004014941A1 DE 0302534 W DE0302534 W DE 0302534W WO 2004014941 A1 WO2004014941 A1 WO 2004014941A1
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Manja Lang
Annette Beck-Sickinger
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Universität Leipzig
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    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/55Design of synthesis routes, e.g. reducing the use of auxiliary or protecting groups

Definitions

  • the invention relates to a method for the selective labeling of peptides for use in biotechnological research, the pharmaceutical industry and medical diagnostics.
  • new and selectively labeled biomolecules are always required to carry out bioactivity studies. So one needs for the investigation of the interaction of peptides z. B. with peptide receptors in binding studies and for structure-activity relationships at certain positions radio-labeled and thus easily detectable peptides.
  • this label must not restrict biological activity. They have radioactively labeled peptides compared to e.g. B. fluorescence-labeled peptides have the advantage that they are highly sensitive detectable and change the biological and physicochemical properties of the biomolecules less. [1 ' 2 - 1
  • peptides are usually produced by chemical peptide synthesis.
  • a peptide is built up sequentially on a solid support material (resin).
  • the most commonly used isotopes in biochemistry as radioactive markers are 125 iodine ( I25 I), 35 sulfur ( 35 S) and tritium ( 3 H).
  • the methods for incorporating these radioactive markers into the peptide differentiate between direct and indirect labeling methods.
  • a direct marking is done e.g. B. by the use of radioactively labeled amino acids (z. B. 3: ⁇ S-methionine) for peptide synthesis.
  • the disadvantage here is that these labeled amino acids are very expensive and are also only available to a limited extent with protective groups suitable for peptide synthesis. It is also problematic that the use of radioactively labeled amino acids in the peptide synthesis has the consequence that the entire synthesis and a z. T. elaborate processing must take place in a radioactive laboratory.
  • Indirect labeling of peptides is preferably carried out by derivatization of primary amino groups (ie the N-terminus or ⁇ -amino group of lysine residues) by means of the Bolton-Hunter reaction. Radioactive acyl residues activated by N-hydroxysuccinimide (NHS) esters are transferred to amino groups.
  • NHS esters of radioactive acyl residues are commercially available, such as. B. the tritium-labeled [2,3- 3 H] propionyl NHS ester.
  • the reaction scheme for labeling a lysine residue with this NHS ester is shown in Formula 1.
  • Indirect labeling of peptides can either be carried out a.) With a peptide which is still attached to the support material after synthesis and is side-chain protected except for the site to be labeled, or b.) With a free peptide in solution.
  • radioactive labeling of a peptide bound to the carrier material is the possibility of selectively deprotecting and derivatizing amino acid side chains. This advantage is, however, after the synthesis by z. T. elaborate work steps lost under radioactive conditions.
  • the disadvantage here is that resin-bound peptides can only be used with approaches from the milligram range. Therefore, radioactive labeling on the resin requires considerable amounts of radioactivity and is very expensive.
  • the peptide is radioactively labeled according to the prior art after the peptide synthesis after the removal of all protective groups.
  • a selective marking is u. a. necessary if individual reactive groups are not allowed to be modified for the full biological activity of the peptide.
  • the object of the present invention is to provide a method for the selective labeling of peptides.
  • the step of selective radioactive labeling of the peptides in solution should be possible.
  • the peptides should also be able to have further amino groups.
  • the object is achieved by a method for the selective labeling of amino groups in peptides, in which, in a first step, the peptide is produced in a chemical solid-phase synthesis in a manner known per se, wherein
  • the protective group at the position to be marked is selectively removed and the peptide is detached from the support material
  • a radioactive label or a label which can be detected by other methods is introduced into the selectively deprotected peptide thus obtained in solution via amino-reactive substances at the position to be labeled, and
  • the method according to the invention can advantageously be handled with just a few ⁇ g peptide and is not bound to method-related minimum quantities.
  • the method described below for labeling peptides with radioactive isotopes can also be used to introduce other markers that can be detected using other methods.
  • the amino group to be labeled selectively can advantageously be chosen freely, i. H. it is either an amino group in the side chain of an amino acid building block (e.g. an ⁇ group of a lysine) or the N-terminus of the peptide built up. Selective labeling on several amino groups is also possible.
  • Peptides in the sense of this invention are understood to mean organic compounds produced by chemical solid-phase peptide synthesis, which consist of two to approximately one hundred ⁇ -, ⁇ -, ⁇ -amino acids. These are connected to one another in any order, by means of amide or peptide bonds.
  • the peptide is acylated at the N-terminus or glycosylated, phosphorylated or otherwise derivatized at the N- or C-terminus or on side chains.
  • peptide synthesis starting from a free amino acid bound to a solid support (resin) with a terminal free ⁇ -amino group (N-terminus) sequentially built a peptide in which one amino acid building block with the C-terminus is added to the free N-terminus of the growing peptide chain per synthesis step.
  • the ⁇ -amino group of the added amino acid building block then forms the new N-terminus to which the next amino acid building block is added in the subsequent synthesis step.
  • amino acid building blocks are used for the synthesis in which, apart from the C-terminus, all chemically reactive groups of the amino acids, such as the ⁇ -amino group and other functional ones Groups in the side chains such as amino groups (lysine), or z.
  • B. free hydroxyl groups (tyrosine, serine) are provided with appropriate protective groups.
  • the protecting group on the ⁇ -amino group of the added amino acid building block is selectively removed during the synthesis in order to provide a new free N-terminus for the next synthesis step.
  • the remaining protective groups remain bound and are only removed at the end of the synthesis.
  • peptide synthesis follows either the Boc / Bzl strategy or the Fmoc / l Bu strategy. Depending on the synthesis strategy, different protective groups are used.
  • the Boc / Bzl strategy is characterized by graded acid instability.
  • the ⁇ -amino groups are protected by acid-labile tert-butoxycarbonyl groups (Boc groups).
  • the Boc group on the ⁇ -amino group is usually cleaved selectively by treatment with trifluoroacetic acid (TFA).
  • TFA trifluoroacetic acid
  • the remaining reactive groups of the amino acid side chains, such as. B. hydroxyl groups (Ser, Thr) and ⁇ -amino groups (Lys) are protected by benzyl (Bzl) groups or benzyloxycarbonyl (Z) - groups that z.
  • the ⁇ -amino groups are protected by the base-labile 9-fluoro-enylmethoxycarbonyl group (Fmoc group) and the remaining reactive groups of the amino acids are generally protected by acid-labile groups.
  • hydroxyl groups are mostly protected by tertiary butyl groups ( ⁇ Bu groups) and the ⁇ -amino groups of lysine by Boc groups.
  • the Fmoc group on the ⁇ -amino group is treated during the synthesis by treatment with a weak base, e.g. B. 20% piperidine in dimethylformamide (DMF) removed.
  • DMF dimethylformamide
  • an amino acid building block is inserted at at least one position to be marked later, which carries an amino group which is protected by a group which differs functionally from the protective groups on the amino groups which are not to be marked.
  • the protective group must differ functionally from the protective groups on the amino groups that form the peptide bond.
  • This functional difference makes it possible to selectively remove the protective group at the position to be marked in a further step of the method.
  • This functional difference is based on different chemical properties, such as resistance to certain chemical substances.
  • the amino group to be labeled later is initially protected during the synthesis by a group which can be split off by a method in which the amino protective groups on the amino groups which are not to be labeled are retained.
  • all amino groups which are not to be labeled are preferably protected by photolabile protective groups (for example Nvoc), and only the amino group at the point to be labeled is protected with a chemically labile protective group (SG) such as.
  • SG chemically labile protective group
  • this is achieved in that, in the peptide synthesis, photolabile protective groups, for. B. nitroveratryloxycarbonyl (Nvoc).
  • photolabile protective groups for. B. nitroveratryloxycarbonyl (Nvoc).
  • Nvoc nitroveratryloxycarbonyl
  • Lysines that are protected on the side chain with Nvoc are e.g. B. after reacting N ⁇ -protected lysines (eg N ⁇ -Boc-Lys or N -Fmoc-Lys) with Nvoc chloride 00] .
  • the N-terminal amino group is to be selectively labeled, the N-terminal amino group, which is still protected after the last coupling step of the synthesis, is deprotected and the peptide is cleaved from the support material, while all other amino groups not to be labeled in the side chains are removed with one photolabile protecting group are derivatized.
  • an N ⁇ -photolabile-protected amino acid is preferably used in the last coupling step of the peptide synthesis.
  • This N ⁇ -photolably protected amino acid is synthesized analogously to the N ⁇ -photolably protected lysine (Vossmeyer: Journal of applied physics 1998).
  • the N-terminal amino group is deprotected after the peptide synthesis and is protected in a subsequent synthesis step by reacting the free N-terminal amino group with the acid chloride of the photolabile protective group (e.g. Nvoc chloride).
  • the photolabile protective groups used in the process according to the invention are preferably groups of the ort / zo-nitrobenzyl type, particularly preferably nitroveratryloxycarbonyl (Nvoc).
  • Nvoc chloride Its acid chloride (Nvoc chloride) has the following formula (Formula 2):
  • Such photolabile protective groups can be easily removed again by UV radiation at a wavelength of 200-600 nm.
  • 1 - ⁇ & compounds of the ortho-nitrobenzyl type undergo photoenolization under the influence of light and there is a fragmentation to ortho-nitrosobenzaldehydes.
  • the lamp strength can vary within the range of 10 W -1000 W.
  • the cleavage is preferably carried out at temperatures between 0 ° C. and 30 ° C. and within 1 minute to 5 hours.
  • the chemically labile protective group on the amino group to be labeled is selectively removed after the synthesis by hydrofluoric acid (HF) (in the case of the Boc / Bzl strategy) or trifluoroacetic acid (TFA) (in the case of the Fmoc Bu strategy).
  • HF hydrofluoric acid
  • TFA trifluoroacetic acid
  • the photolabile protective groups on the remaining amino groups that are not to be labeled are not removed in the process.
  • the peptide in solution now only contains a free amino group at the position to be labeled, which is unprotected and can be labeled selectively. This selective labeling takes place, as explained in more detail later, with a radioactive amino-reactive reagent, preferably an N-hydroxysuccinimide (NHS) ester.
  • a radioactive amino-reactive reagent preferably an N-hydroxysuccinimide (NHS) ester.
  • the photolabile protective groups on the remaining amino groups are removed by UV light after the labeling. This is shown schematically in Fig. 3_.
  • the photolabile groups are not introduced directly, but previously groups (e.g. Dde) that differ in their reactivity to a chemical agent, such as. B. hydrazine, distinguish from the remaining protective groups (SG).
  • SG protective groups
  • all amino groups which are not to be labeled with a hydrazine-labile protective group particularly preferably with 1- (4,4-dimethyl-2,6-dioxocyclohex-1-ylidene) ethyl (Dde) or 1, are preferred during the peptide synthesis - (4, 4-dimethyl-2,6-dioxocyclohex-l-ylidene) -3-methylbutyl- (ivDde-) (Novabiochem, Laufelfingen, Switzerland).
  • Such amino acids such as. B. N ⁇ -Fmoc-N ⁇ -Dde-lysine are commercially available (Novabiochem, Laufelfingen, Switzerland).
  • an amino group in a side chain e.g. B. an ⁇ -amino group of the lysine or the N-terminus
  • an amino group in a side chain e.g. B. an ⁇ -amino group of the lysine or the N-terminus
  • an amino group in a side chain e.g. B. an ⁇ -amino group of the lysine or the N-terminus
  • the amino group is provided with a base-labile protective group (e.g. Fmoc).
  • an amino acid component which contains an amino group protected with an acid-labile (hydrazine-stable) protective group in the side chain is incorporated in the site to be labeled, z.
  • a lysine whose ⁇ -amino group (N ⁇ ) is Boc-protected e.g. N ⁇ -Fmoc-N ⁇ -Boc-lysine).
  • the amino acid component to be selectively labeled accordingly contains an amino group protected with a base-labile protective group (for example Fmoc).
  • a base-labile protective group for example Fmoc
  • an amino acid building block is used in the synthesis in the last coupling step in the Fmoc Bu strategy, the ⁇ -amino group (N ⁇ ) of which contains an acid-labile (hydrazine-stable) protective group (e.g. . Boc) is protected.
  • an amino acid module is used in the last coupling step, the ⁇ -amino group of which is protected with a base-labile protective group (e.g. Fmoc).
  • the protective group which it carries during the last coupling step is removed after the synthesis. removed.
  • this is a base-labile protective group (e.g. Fmoc), which is characterized by a weak base, such as. B. 20% piperidine is removed.
  • the protective group at the N-terminus which should not be labeled is an acid-labile protective group (e.g. Boc), which is protected by an acid, such as. B. TFA is removed.
  • hyrazine-labile protective groups such as. B. Dde
  • hydrazine for. B removed with 2% hydrazine in DMF [9] .
  • protective groups which can be removed under weakly acidic conditions such as preferably 4-methyltrityl- (Mtt) or 4-methoxytrityl (Mmt), are used.
  • These protective groups are selectively split off with a dilute acid within 4 times 2 minutes instead of with hydrazine, e.g. B. with 1% TFA in dichloromethane (DCM).
  • a scavenger preferably 1% to 5% TIS (triisopropylsilane) is added.
  • the protective group on the amino acid to be labeled preferably a Boc group, which can only be removed under strongly acidic conditions (> 50% TFA), is not removed.
  • an activated derivative of the photolabile protecting group e.g. Nvoc chloride
  • N-hydroxybenzotriazole HOBt, Novabiochem
  • DIPEA diisopropylethyl min
  • DMF N, N'-dimethylformamide
  • the molarity of Nvoc chloride in the reaction solution should be as high as possible (0.1-0.5 M), but the volume should also be sufficient to completely cover the resin.
  • the volume of the respective reaction solution depends on the size of the peptide and is approx. 0.5 ml to 1 ml.
  • the reagents which are also pre-swollen in DMF, are added to the reagents, which are also dissolved in DMF, and left for at least 3 hours at room temperature or overnight react with shaking. After the reaction has ended, the KAISER test is used to check whether all the free amino groups have reacted. u * If this is not the case, the reaction is carried out again.
  • Nvoc group at all relevant positions on the polymeric support is better and easier to carry out than is the case with the direct use of N ⁇ - Nvoc-protected Lys derivatives in the synthesis. ° 0 - 'This variant also advantageously does not require the use of special Nvoc-derivatized amino acids which are not commercially available.
  • the acid-labile protecting group e.g. Boc
  • an acid such as. B. TFA removed.
  • the base-labile protective group e.g. Fmoc
  • a weak base such as. B. 20% piperidine in DMF
  • the peptide now in solution now contains only a free amino group at the position to be labeled, which is unprotected and can be labeled selectively.
  • the photolabile protective groups on the remaining amino groups can be easily removed by UV light after the marking.
  • this embodiment of the invention is preferred since N ⁇ -Dde-protected lysines, in contrast to N ⁇ -Nvoc-protected lysines, are commercially available.
  • this embodiment is only suitable for building up short peptides using the Boc / Bzl strategy.
  • the amino groups which should not be labeled are protected with base-labile protective groups (e.g. Fmoc).
  • base-labile protective groups e.g. Fmoc
  • amino acid units provided with base-labile protective groups on their side chains are used for synthesis (e.g. N ⁇ -Boc-N ⁇ -Fmoc-lysine).
  • the base-labile group e.g. Fmoc
  • a weakly basic solution e.g. 20% piperidine in DMF
  • a photolabile protective group e.g. Nvoc
  • Peptide now only contains a free amino group at the position to be marked, which is unprotected and can be selectively marked.
  • the photolabile protecting groups on the The remaining amino groups can be easily removed by UV light after the marking.
  • the peptide in which the amino group to be labeled is selectively deprotected according to one of the previously described variants of the method according to the invention, is labeled in solution with an amino-reactive substance as follows.
  • N-hydroxysuccinimide (NHS) esters are preferably used as amino-reactive substances. As described schematically in Formula 1, these NHS esters transfer an acyl group which contains the corresponding marker from the NHS ester to the amino group.
  • the acyl group preferably contains radioactive isotopes, such as. B. 1 death ( 123 I), 35 sulfur ( 35 S) and tritium ( 3 H).
  • markers are bound to the acyl group, such as the biotin detectable via the affinity for streptavidin / avidin, or immunologically detectable haptens, such as, for. B. digoxygenin or fluorescein.
  • Dyes which can be detected by fluorescence can also be used as markers, with the use of photolabile protective groups in the process according to the invention followed by the splitting off of the protective group at a wavelength at which the dyes are not bleached.
  • the labeling reaction can be carried out with just a few micrograms of peptide. Since these small amounts can only be weighed out with difficulty, a stock solution of the peptide purified with preparative HPLC and protected in a photolabile manner was prepared in bidistilled water, the desired amount (e.g. 2 nmol, approx. 10 ⁇ g depending on the molecular weight of the peptide) removed from the stock solution and lyophilized.
  • the desired amount e.g. 2 nmol, approx. 10 ⁇ g depending on the molecular weight of the peptide
  • the labeling reaction can be carried out either in an organic solvent such as DMF or in an aqueous buffer at neutral or slightly basic pH values. leads.
  • the photolabile protected peptide is dissolved in a small amount of 0.1% DIPEA / DMF or in an aqueous and slightly basic buffer.
  • a slightly acidic buffer e.g.
  • pH 6.5 pH 6.5
  • pH 6.5 pH 6.5
  • the pH value there is a compromise between the reactivity of the amino group (stronger at higher pH values) and the stability of the labeling reagent in an aqueous medium (lower at higher pH values).
  • the peptide is the cheaper component and the nucleophile in the labeling reaction and should be used in a slight excess to increase the yield.
  • Radioactive NHS esters or OSu activatable fluorescent dyes are commercially available (e.g. from Amersham). If the labeling reagent is dissolved in toluene, it is removed in a stream of N 2 before the reaction. The reaction is preferably carried out in a silanized vessel (for example an Eppendorf tube) in order to keep adsorption of ester and peptide on the vessel wall low. If there is a double excess of peptide (eg 2 nmol), 1 nmol of the labeling substance is used. The peptide dissolved in buffer or DMF is added to the labeling reagent and mixed well. The reaction takes about 1-2 hours at room temperature.
  • the photolabile protective groups on the amino groups not to be labeled are separated off under the conditions described by means of UV light in an aqueous medium.
  • the photolabile protective group is removed almost quantitatively from the peptide.
  • the cleavage is carried out in an acidic environment.
  • the labeling batch is mixed with a 0.1% aqueous TFA / ACN solution.
  • the ACN content can already be adjusted to the subsequent starting conditions of the HPLC gradient.
  • the peptide is then purified in a known manner. This is preferably done by means of HPLC (High Performance Liquid Chromatography). Since the labeling never runs 100% and, in addition, the Nvoc peptide has been used in excess of radioactive ester, the derivatized peptide must be separated from the non-derivatized peptide. Since the two peptides usually differ only slightly with regard to their elution behavior, depending on the group transferred, a gradient elution with two elution agents was expediently chosen for separation. The gradient may depend on the peptide sequence and the quality of the column used and cannot therefore be generalized for all sequences. The eluents used are: 0.08% TFA in acetonitrile and 0.1% TFA in water.
  • Another object of the invention is the use of peptides in which all amino groups not to be labeled are protected by protective groups, preferably photolabile protective groups, and at least one amino group to be labeled is unprotected for the production of a selectively radioactively labeled peptide.
  • protective groups preferably photolabile protective groups
  • at least one amino group to be labeled is unprotected for the production of a selectively radioactively labeled peptide.
  • the peptide is first synthesized using solid phase peptide synthesis using the orthogonal Fmoc / tert-butyl protecting group strategy on a milligram scale (13.5 ⁇ mol).
  • a commercially available Lys derivative with 1 - (4,4-dimethyl-2,6- dioxocyclohex-l-ylidene) ethyl (Dde) protected amino function (Novabiochem) used in the side chain.
  • This Dde protective group of the Lys side chain (s) is selectively removed directly on the resin with 2% hydrazine solution in DMF after the synthesis.
  • the later to be modified amino group, a certain Lys-side chain or the N-terminus is then still protected with acid labile Boc protecting group. If the N-terminus is marked, an N ⁇ -Boc-protected amino acid must be used for this in the last coupling step of the peptide synthesis. If, on the other hand, an N ⁇ -Fmoc-protected amino acid was used in the last coupling step, the N-terminus is already freely available on the resin after synthesis. After removal of the Dde protective group ⁇ ) all free amino groups were then provided with the photolabile Nvoc protective group simultaneously.
  • the photolabile Nvoc group was installed on the resin at the positions that should be free again after the radioactive labeling. Based on the number of free amino functions present, 5 equivalents of 6-nitroveratryloxycarbonyl chloride (Nvoc-Cl, Sigma-Aldrich), 5 equivalents of N-hydroxybenzotriazole (HOBt, Novabiochem) and 10 equivalents of diisopropylethylamine (DIPEA, Fluura) were used. 0.5-1 ml of N, N'-dimethylformamide (DMF, Biosolve) served as solvent. The reagents, which are also dissolved in DMF, are added to the resin which has been swollen in DMF and allowed to react for at least 3 h at room temperature or overnight with shaking. After the reaction is over, check with the KAISER test whether all free amino groups have reacted. 1 - 1 ⁇ If this is not the case, the reaction is carried out again.
  • Nvoc-Cl 6-nitroveratryloxycarbonyl chloride
  • the resin is washed thoroughly with DMF, methanol, dichloromethane and diethyl ether and dried in vacuo.
  • the peptide is then cleaved from the resin with 1 ml of trifluoroacetic acid (TFA).
  • TFA trifluoroacetic acid
  • the acid-labile side chain protective groups are removed at the same time.
  • a mixture of thioanisole (Fluka) and thiocresol (Fluka) in a ratio of 1: 1 (v / v) is used as the scavenger for the removal of the reactive intermediates that occur.
  • a mixture of ethanedithiol (Fluka) and thiocresol (3: 7 (v / v)) is used as the scavenger.
  • the ratio of TFA to scavenger is always 9: 1.
  • the peptides dissolved in TFA are separated from the polymeric support by filtration and precipitated by ice-cooled diethyl ether.
  • the scavenger and protective group fragments are separated by centrifugation and repeated washing with cooled diethyl ether.
  • the peptides are then dried in vacuo, dissolved in a tert-butanol-water mixture and lyophilized.
  • the peptide is synthesized by means of solid phase peptide synthesis with the orthogonal Fmoc / tert-butyl protective group strategy on a milligram scale (13.5 ⁇ mol) .'- 5 - 1
  • lysine derivatives with photolabile protected amino functions are used in the synthesis. These lysine derivatives are not commercially available and are therefore shown separately before the start of the synthesis.
  • the implementation of the synthesis of an N ⁇ -Nvoc-protected lysine derivative is described in the literature (Rusiecki, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 1993). After synthesis, such peptides only contain a free amino group in the form of the N-terminus, which can then be selectively labeled.
  • the peptide is synthesized as described in Example 2, but the labeling takes place on a Lys side chain.
  • the lysine residue to be labeled is not used in a photolabile manner but in an acid-labile manner.
  • N ⁇ -photolably protected lysine derivatives are used, as described in Example 2.
  • an N ⁇ -photolabile-protected amino acid is used in the last coupling step of the peptide synthesis (position 1 in the peptide sequence).
  • Embodiment 4 Representation of 3 H-propionyl-Lys 4 -NPY ( 3 H-NPY)
  • the neuropeptide Y (NPY) consists of 36 amino acids and contains a free amino group in the Lys side chain in addition to the N-terminus. 1 - 5] It could be shown that a free N-Teminus is required for full biological activity. In contrast, the amino function of the Lys side chain can be modified without loss of affinity for the display of radioligands. ] These are commercially available in the form of 123 I-NPY and H-NPY (Amersham).
  • N-terminal Nvoc-protected NPY was therefore first synthesized and then on the Lys 4 side chain by reaction with 3 H-propionyl -NHS ester radiolabelled. After photochemical cleavage of the Nvoc group and purification by HPLC, the H-NPY thus represented was compared in binding assays with the commercially available H-NPY.
  • the NPY on Lys - "cold" - propionylated was previously after synthesis of Lys 4 (Dde) -NPY, cleavage of the Dde protective group and by subsequent Obtained reaction with propionic anhydride on the resin.
  • the radioactivity profile in the ⁇ -counter was determined by 3 H measurement of aliquots of the collected HPLC fractions. A peak can be seen in the HPLC chromatogram and in the radioactivity profile in fractions 31-36, which contained 0.8 MBq of radioactivity (22%) and thus corresponds to the desired radioactively labeled peptide (FIG. 8). It can therefore be assumed that it is H-propionyl-Lys 4 -NPY.
  • Embodiment 5 Representation of 3 H-propionyl-Lys 13 -PTH (1-34) -amide ( 3 H-PTH)
  • the peptide was synthesized using automated solid phase peptide synthesis.
  • Protected Lys derivatives were used for positions 26 and 27 Dde side chains. After the Dde protecting groups had been split off, the Lys 26 '27 amino groups and the N terminus were newly protected simultaneously with the Nvoc group. After splitting off and purification, a homogeneous product with a purity of> 95% was present. (Fig.
  • Propionylated PTH (1-34) amide was previously obtained after synthesis of Lys 13 (Dde) -PTH (1-34) amide, cleavage of the Dde protective group and subsequent reaction with propionic anhydride on the resin.
  • the radioactivity profile of the collected HPLC fractions was determined by 3 H measurement of aliquots in the ß counter. In the HPLC chromatogram and in the radioactivity profile, a peak can be seen in fractions 19-23 which contained 58.9 ' kBq of radioactivity and corresponds to the desired radioactively labeled peptide. (Fig. 14) It can therefore be assumed that this is 3 H-propionyl-Lys 13 - PTH (1-34) amide.
  • Embodiment 6 Representation of N-terminal Nvoc-protected Lys -hPP
  • the human sequence of the pancreatic polypeptide has an amino group only through the N-terminus. Since PP and NPY belong to the same family of peptides, the N-terminus of PP is also considered to be of particular importance in binding to the Y4 receptor. When designing a radio ligand, it should therefore be unmodified. For this reason, a Lys residue was introduced into the non-conserved position 4 during peptide synthesis. Later radioactive marking is to take place there.
  • Fig. 1 Schematic representation of the synthesis of Nvoc-protected peptides with a free Lys side chain
  • Fig. 2 Schematic representation of the synthesis of Nvoc-protected peptides with a free N-terminus
  • Fig. 3 Schematic representation of the selective radioactive labeling of a
  • Fig. 4 HPLC chromatogram of N-terminal Nvoc-protected NPY
  • Fig. 6 ESI-MS of N-terminal Nvoc-protected NPY.
  • Fig. 7 HPLC chromatogram of the 3 H labeling approach of Nvoc-NPY after UV irradiation.
  • the peak with the retention time of 30.3 min corresponds to unlabelled NPY after the Nvoc cleavage and the peak at 32.7 min corresponds to 3 H-propionyl-Lys 4 -NPY.
  • Fig. 8 Radioactivity profile of the after labeling, irradiation and HPLC
  • Nvoc-NPY fractions obtained (fractions 20-40; dead volume from the detector to the fraction collector approx. 1 min).
  • Fig. 9 Binding curves of the 3 H-propionyl obtained according to the Nvoc strategy
  • Lys 4 -NPY with unlabelled NPY as competitor The displacement curves at A) Yl receptor, B) Y2 receptor and C) Y5 receptor are shown.
  • Fig. 11 DAD spectrum of the HPLC chromatogram of N-terminal
  • Lys 26 '27 Nvoc-protected PTH (l-34) amide in Fig. 10 In the lower part of the spectrum is shown DAD 200-400 nm, at the top of the absorption of the peptide bonds at 220 nm (upper line) and the absorption of the Nvoc group at 350 nm (bottom line). The presence of three Nvoc groups in the molecule results in a stronger absorption for this group compared to FIG. 5 at the same concentrations.
  • Fig. 12 ESI-MS of N-terminal and Lys 26 '27 Nvoc-protected PTH (l-34) - amide.
  • Fig. 13 HPLC chromatogram of the 3 H labeling batch of Nvoc-PTH (1-
  • Fig. 14 Radioactivity profile of the after labeling, irradiation and HPLC
  • Nvoc-PTH (1-34) -amide fractions obtained fractions 10-27; dead volume from the detector to the fraction collector approx. 1 min).
  • the IC 50 value of 3.3 nM obtained at a radioligand concentration of 1 nM indicates an almost identical binding behavior of the radioligand and competitor.
  • Fig. 16 HPLC chromatogram (220 nm) of N-terminal Nvoc-protected
  • FIG. 17 DAD spectrum of the HPLC chromatogram of N-terminal Nvoc-protected Lys-hPP from FIG. 16. The DAD spectrum of 200-400 nm is shown in the lower part, the absorption of the peptide bonds is shown in the upper part 220 nm (upper line) and the absorption of the Nvoc group at 350 nm (lower line) are shown.
  • Figure 18 ESI-MS of N ⁇ -Nvoc-Lys 4 -hPP.
  • Pillai, V.N.R. Photoremovable protecting groups in organic synthesis. Synthesis,
  • N ⁇ nitrogen of the ⁇ -amino group e.g. in lysine

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Abstract

The invention relates to a method for selective peptide labeling, whereby the step of selective, radioactive labeling of individual amino groups of peptides in a solution is particularly made possible. Peptides from the microgram (µg) scale onwards can be selectively and radioactively labelled regardless of their sequence. An amino acid building block is inserted during peptide synthesis in at least one position that is to be subsequently labelled, said building block carrying an amino group that is protected by a group functionally different from the protective groups on the amino groups that are not be labelled. Following peptide synthesis, the protective group in the position to be labelled is selectively removed and the peptide is separated from the carrier material. A label is then introduced in the so obtained deprotected peptide by means of amino reactive substances at the position to be labelled. The protective groups on the amino groups that are not to be labelled are removed in a simple manner after labeling, preferably by means of ultraviolet light, and the resulting selectively labelled peptide is purified using a conventional method.

Description

Verfahren zur selektiven Markierung von PeptidenProcess for the selective labeling of peptides
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven Markierung von Peptiden zur Anwendung in der biotechnologischen Forschung, pharmazeutischen Industrie und medizinischen Diagnostik. Gerade im Post-Genom Zeitalter werden zur Durchführung von Bioaktivitätsstudien stets neue und selektiv markierte Biomoleküle verlangt. So benötigt man für die Untersuchung der Wechselwirkung von Peptiden z. B. mit Peptidrezeptoren in Bindungsstudien und für Struktur- Wirkungsbeziehungen an bestimmten Positionen radioaktiv-markierte und damit leicht detektierbare Peptide. Diese Markierung darf jedoch die biologische Aktivität nicht einschränken. Dabei besitzen radioaktiv markierte Peptide gegenüber z. B. Fluoreszenz markierten Peptiden den Vorteil, dass sie hochsensitiv detektierbar sind und die biologischen und physikochemischen Eigenschaften der Biomoleküle weniger stark verändern. [1'2-1 The invention relates to a method for the selective labeling of peptides for use in biotechnological research, the pharmaceutical industry and medical diagnostics. Especially in the post-genome age, new and selectively labeled biomolecules are always required to carry out bioactivity studies. So one needs for the investigation of the interaction of peptides z. B. with peptide receptors in binding studies and for structure-activity relationships at certain positions radio-labeled and thus easily detectable peptides. However, this label must not restrict biological activity. They have radioactively labeled peptides compared to e.g. B. fluorescence-labeled peptides have the advantage that they are highly sensitive detectable and change the biological and physicochemical properties of the biomolecules less. [1 ' 2 - 1
Peptide werden nach dem Stand der Technik meist durch chemische Peptidsynthese hergestellt. Dabei wird ein Peptid sequentiell an einem festen Trägermaterial (Harz) aufgebaut. Die in der Biochemie als radioaktive Marker am häufigsten verwendeten Isotope sind 125Iod (I25I), 35Schwefel (35S) und Tritium (3H). Bei den Methoden zum Einbau dieser radioaktiven Marker in das Peptid unterscheidet man zwischen direkten und indirekten Markierungsmethoden.According to the state of the art, peptides are usually produced by chemical peptide synthesis. A peptide is built up sequentially on a solid support material (resin). The most commonly used isotopes in biochemistry as radioactive markers are 125 iodine ( I25 I), 35 sulfur ( 35 S) and tritium ( 3 H). The methods for incorporating these radioactive markers into the peptide differentiate between direct and indirect labeling methods.
Eine direkte Markierung erfolgt z. B. durch die Verwendung radioaktiv markierter Aminosäuren (z. B. 3:ιS-Methionin) für die Peptidsynthese. Nachteilig dabei ist, dass diese markierten Aminosäuren sehr teuer sind und auch nur begrenzt mit für die Peptidsynthese geeigneten Schutzgruppen versehen erhältlich sind. Problematisch ist auch, dass die Verwendung radioaktiv markierter Aminosäuren bei der Peptidsynthese zur Folge hat, dass die gesamte Synthese und eine z. T. aufwändige Aufarbeitung in einem radioaktiven Labor stattfinden müssen.A direct marking is done e.g. B. by the use of radioactively labeled amino acids (z. B. 3: ι S-methionine) for peptide synthesis. The disadvantage here is that these labeled amino acids are very expensive and are also only available to a limited extent with protective groups suitable for peptide synthesis. It is also problematic that the use of radioactively labeled amino acids in the peptide synthesis has the consequence that the entire synthesis and a z. T. elaborate processing must take place in a radioactive laboratory.
Alternativ kann eine direkte Markierung im Anschluss an die Peptidsynthese durch Isotopenaustausch mit einem radioaktiven Isotop, z. B. mit Tritium (3H), erfolgen. Dies erfordert jedoch für Peptide wenig geeignete Reaktionsbedingungen (z. B. hohe Tempe- ratur) und Reagenzien, die nur in besonders ausgestatteten Laboratorien und unter strengen Sicherheitsanforderungen verwendet werden dürfen.Alternatively, direct labeling following peptide synthesis by isotope exchange with a radioactive isotope, e.g. B. with tritium ( 3 H). However, this requires reaction conditions which are not very suitable for peptides (e.g. high temperature rature) and reagents that may only be used in specially equipped laboratories and under strict safety requirements.
Die indirekte Markierung von Peptiden erfolgt bevorzugt durch Derivatisierung von primären Aminogruppen (d. h. dem N-Terminus oder α-Aminogruppe von Lysinresten) durch die Bolton-Hunter-Reaktion. Dabei werden durch N-Hydroxysuccinimid-(NHS)- Ester aktivierte radioaktive Acylreste auf Aminogruppen übertragen. [3] Derartige NHS- Ester radioaktiver Acylreste sind kommerziell erhältlich, wie z. B. der Tritiummarkierte [2,3-3H]-Propionyl-NHS-Ester. Das Reaktionschema für die Markierung eines Lysin-Restes mit diesem NHS-Ester ist in Formel 1 dargestellt.Indirect labeling of peptides is preferably carried out by derivatization of primary amino groups (ie the N-terminus or α-amino group of lysine residues) by means of the Bolton-Hunter reaction. Radioactive acyl residues activated by N-hydroxysuccinimide (NHS) esters are transferred to amino groups. [3] Such NHS esters of radioactive acyl residues are commercially available, such as. B. the tritium-labeled [2,3- 3 H] propionyl NHS ester. The reaction scheme for labeling a lysine residue with this NHS ester is shown in Formula 1.
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(Formel 1) Die indirekte Markierung von Peptiden kann entweder a.) mit einem nach der Synthese noch am Trägermaterial gebundenen und bis auf die zu markierende Stelle seitenkettengeschützten Peptid oder b.) auch mit einem freien Peptid in Lösung erfolgen.(Formula 1) Indirect labeling of peptides can either be carried out a.) With a peptide which is still attached to the support material after synthesis and is side-chain protected except for the site to be labeled, or b.) With a free peptide in solution.
Der Vorteil einer radioaktiven Markierung eines am Trägermaterial (Harz) gebundenen Peptids besteht in der Möglichkeit, Aminosäure-Seitenketten selektiv zu entschützen und zu derivatisieren. Dieser Vorteil wird aber im Anschluss an die Synthese durch z. T. aufwendige Arbeitsschritte unter radioaktiven Bedingungen eingebüßt. Nachteilig dabei ist, dass mit harzgebundenen Peptiden nur mit Ansätzen ab dem Milligrammbereich gearbeitet werden kann. Daher erfordert eine radioaktive Markierung am Harz beträchtliche Mengen an Radioaktivität und verursacht sehr hohe Kosten.The advantage of radioactive labeling of a peptide bound to the carrier material (resin) is the possibility of selectively deprotecting and derivatizing amino acid side chains. This advantage is, however, after the synthesis by z. T. elaborate work steps lost under radioactive conditions. The disadvantage here is that resin-bound peptides can only be used with approaches from the milligram range. Therefore, radioactive labeling on the resin requires considerable amounts of radioactivity and is very expensive.
Da ein Reinigungsschritt der Peptide vor der radioaktiven Markierung am Harz nicht möglich ist, können bei der Durchführung dieser arbeits- und geräteintensiven Aufarbeitungsschritte (z. B. bei einer präparativen HPLC) teilweise hohe Verluste an gewünschtem Peptid und damit auch an eingesetzter Radioaktivität auftreten. Insbesondere bei schwierig zu synthetisierenden Peptidsequenzen und somit stärker verunreinigten Roh- peptiden geht bei der Aufarbeitung ein Großteil der eingesetzten Radioaktivität durch ebenfalls markierte Fehlsequenzen wieder verloren. Die Verwendung großer Radioaktivitätsmengen ist außerdem ein hoher Kostenpunkt, bedarf besonderer Genehmigungen, stellt zudem ein höheres Gesundheitsrisiko dar und kann durch größere Abfallmengen die Umwelt gefährden. Sie erfordern weiterhin einen hohen apparativen Aufwand speziell nur für die Aufarbeitung und Analytik der radioaktiv markierten Peptide.Since a cleaning step of the peptides before the radioactive labeling on the resin is not possible, when carrying out these labor-intensive and device-intensive reprocessing steps (e.g. in preparative HPLC), high losses of the desired peptide and thus also of the radioactivity used can sometimes occur. Especially at peptide sequences that are difficult to synthesize and thus more heavily contaminated raw peptides are reprocessed, and a large part of the radioactivity used is lost again due to likewise marked incorrect sequences. The use of large amounts of radioactivity is also a high cost, requires special permits, also poses a higher health risk and can endanger the environment through larger amounts of waste. They also require a high level of equipment, especially for the processing and analysis of the radioactively labeled peptides.
Für zahlreiche Zwecke sind aber meist schon wenige Mikrogramm eines hochaffinen radioaktiv markierten Peptids ausreichend. Weiterhin werden bei Screening- Untersuchungen häufig verschiedene, an definierten Positionen markierte Peptide besonders bei neuen Rezeptor-Ligand-Interaktionsstudien benötigt. Meist ist es daher sinnvoll, zunächst nur geringe Mengen eines radioaktiven Biomoleküls zur Testung darzustellen und einzusetzen.However, a few micrograms of a high-affinity radio-labeled peptide are usually sufficient for numerous purposes. Furthermore, different peptides marked at defined positions are often required in screening studies, particularly in new receptor-ligand interaction studies. In most cases, it is therefore advisable to initially display and use only small amounts of a radioactive biomolecule for testing.
Bei der indirekten Markierung in Lösung wird das Peptid nach dem Stand der Technik im Anschluss an die Peptidsynthese nach dem Entfernen aller Schutzgruppen radioaktiv markiert.With indirect labeling in solution, the peptide is radioactively labeled according to the prior art after the peptide synthesis after the removal of all protective groups.
Dies hat ebenfalls Vor- und Nachteile. Von Vorteil ist, dass bereits sehr kleine Mengen (μg-Bereich) handhabbar sind. Eine selektive Markierung einzelner Aminosäuren ist dabei jedoch, sobald das Peptid mehrere reaktive Gruppen gleicher Art (z. B. mehrere Aminogruppen) enthält, unmöglich. Bei längeren Peptiden ist dies häufig der Fall.This also has advantages and disadvantages. The advantage is that even very small quantities (μg range) can be handled. However, it is impossible to selectively label individual amino acids as soon as the peptide contains several reactive groups of the same type (e.g. several amino groups). This is often the case with longer peptides.
Eine selektive Markierung ist u. a. nötig, wenn einzelne reaktiven Gruppen für die volle biologische Aktivität des Peptids nicht modifiziert vorliegen dürfen.A selective marking is u. a. necessary if individual reactive groups are not allowed to be modified for the full biological activity of the peptide.
Mehrere freie Aminogruppen sind in der Peptidsequenz vorhanden, sobald das Peptid neben dem meist freien N-Terminus einen oder mehrere Lysin-Reste (Lys bzw. K) enthält.Several free amino groups are present in the peptide sequence as soon as the peptide contains one or more lysine residues (Lys or K) in addition to the mostly free N-terminus.
Eine chemische Unterscheidung zwischen zwei Lysinen ist unmöglich/ Der Versuch einer chemischen Unterscheidung zwischen freien N-Terminus und α-Aminogruppen von Lysinen resultiert in inhomogen markierten Peptiden. [4] Bei einer Markierung von Peptiden in Lösung ist daher eine selektive Markierung einzelner Lys-Reste unmöglich. Die Trennung von unselektiv markierten Peptiden ist mit hohen Verlusten und Aufwand verbunden und häufig nur mit zweifelhafter Qualität möglich.A chemical distinction between two lysines is impossible / Attempting a chemical distinction between free N-terminus and α-amino groups of lysines results in inhomogeneously labeled peptides. [4] When labeling peptides in solution, selective labeling of individual Lys residues is therefore impossible. The separation of unselectively labeled peptides is associated with high losses and effort and is often only possible with dubious quality.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur selektiven Markierung von Peptiden anzugeben. Mit diesem Verfahren soll insbesondere der Schritt der selektiven radioaktiven Markierung der Peptide in Lösung möglich sein. Die Peptide sollen neben der zu markierenden Aminogruppe auch weitere Aminogruppen aufweisen können. Insbesondere soll es mit der Erfindung möglich sein, Peptide unabhängig ihrer Sequenz bereits ab dem Mikrogramm (μg)-Maßstabselektiv radioaktiv zu markieren.The object of the present invention is to provide a method for the selective labeling of peptides. With this method, in particular, the step of selective radioactive labeling of the peptides in solution should be possible. In addition to the amino group to be labeled, the peptides should also be able to have further amino groups. In particular, it should be possible with the invention to selectively radioactively label peptides regardless of their sequence from the microgram (μg) scale.
Erfmdungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur selektiven Markierung von Aminogruppen in Peptiden, bei dem in einem ersten Scliritt, dass Peptid in einer chemischen Festphasensynthese in an sich bekannter Weise hergestellt wird, wobeiAccording to the invention, the object is achieved by a method for the selective labeling of amino groups in peptides, in which, in a first step, the peptide is produced in a chemical solid-phase synthesis in a manner known per se, wherein
1. bei der Peptidsynthese, an der jeweils zu markierenden Position ein Aminosäurebaustein eingebaut wird, der eine Aminogruppe trägt, die durch eine Gruppe geschützt wird, die sich funktionell von den Schutzgruppen an den nicht zu markierenden Aminogruppen unterscheidet;1. in peptide synthesis, at the position to be marked in each case an amino acid building block is installed which bears an amino group which is protected by a group which differs functionally from the protective groups on the amino groups which are not to be marked;
2. im Anschluss an die Peptidsynthese die Schutzgruppe an der zu markierenden Position selektiv entfernt und das Peptid vom Trägermaterial gelöst,2. after the peptide synthesis, the protective group at the position to be marked is selectively removed and the peptide is detached from the support material,
3. in das so erhaltene selektiv-entschützte Peptid in Lösung über aminoreaktive Substanzen an der zu markierenden Position eine radioaktive oder mit anderen Methoden detektierbare Markierung eingeführt wird, und3. a radioactive label or a label which can be detected by other methods is introduced into the selectively deprotected peptide thus obtained in solution via amino-reactive substances at the position to be labeled, and
4. anschließend die Schutzgruppen an den nicht zu markierenden Aminogruppen abgespalten werden und das so erhaltene selektiv markierte Peptid in bekannter Weise gereinigt wird.4. the protective groups on the amino groups not to be labeled are then split off and the selectively labeled peptide obtained in this way is purified in a known manner.
Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren bereits mit wenigen μg-Peptid handhabbar und ist nicht an methodisch bedingte Mindestmengen gebunden. Das nachfolgend für die Markierung von Peptiden mit radioaktiven Isotopen beschriebene Verfahren lässt sich ebenfalls zum Einführen anderer Marker, die mit anderen Methoden detektierbar sind, anwenden.The method according to the invention can advantageously be handled with just a few μg peptide and is not bound to method-related minimum quantities. The method described below for labeling peptides with radioactive isotopes can also be used to introduce other markers that can be detected using other methods.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden homogene markierte Peptide in einer Qualität erhalten, die den hohen Anforderungen für quantitative biologische Untersuchungen entsprechen. In Folge dieser bereits im Mikro-Maßstab kompatiblen Methode lässt sich die zur radioaktiven Markierung einzusetzende Radioaktivitätsmenge entsprechend der gewünschten Menge an Radioligand steuern. Ein weiterer Vorteil dieser Methode liegt in der reduzierten Anzahl arbeitsintensiver Radioaktiv-Ärbeitsschritte und in der mit geringerem apparativem und analytischem Aufwand verbundenen Durchführbarkeit einer selektiven Markierung. Damit kann diese Methode preiswerter und einfacher durchzuführen sein als bisherige Methoden.With the method according to the invention, homogeneous labeled peptides are obtained in a quality that meets the high requirements for quantitative biological studies. As a result of this method, which is already compatible on a micro scale, the amount of radioactivity to be used for radioactive labeling can be controlled in accordance with the desired amount of radioligand. Another advantage of this method is the reduced number of labor-intensive radioactive work steps and the fact that selective marking can be carried out with less equipment and analytical effort. This method can therefore be cheaper and easier to carry out than previous methods.
Die selektiv zu markierende Aminogruppe kann vorteilhaft frei gewählt werden, d. h. sie ist entweder eine Aminogruppe in der Seitenkette eines Aminosäurebausteins (z. B. eine ε-Gruppe eines Lysins) oder der N-Terminus des aufgebauten Peptids. Auch eine selektive Markierung an mehrere Aminogruppen ist möglich.The amino group to be labeled selectively can advantageously be chosen freely, i. H. it is either an amino group in the side chain of an amino acid building block (e.g. an ε group of a lysine) or the N-terminus of the peptide built up. Selective labeling on several amino groups is also possible.
Unter Peptiden im Sinne dieser Erfindung werden durch chemische Festphasenpeptid- synthese hergestellte organische Verbindungen verstanden, die aus zwei bis ca. hundert α-, ß-, γ- Aminosäuren bestehen. Diese werden in beliebiger Reihenfolge, durch Amid- bzw. Peptidbindungen miteinander verbunden. In besonderen Ausführungsformen der Peptidsynthese wird am C-Terminus des Peptids eine Aminogruppe (NH ) als C- terminales Amid bzw. eine substituierte Aminogruppe (NHR, R = Alkyl-) oder ein Alkoholrest eingeführt. In weiteren Ausführungsformen wird das Peptid am N- Terminus acyliert oder am N- oder C-Terminus oder an Seitenketten glycosyliert, phosphoryliert oder anderweitig derivatisiert.Peptides in the sense of this invention are understood to mean organic compounds produced by chemical solid-phase peptide synthesis, which consist of two to approximately one hundred α-, β-, γ-amino acids. These are connected to one another in any order, by means of amide or peptide bonds. In particular embodiments of the peptide synthesis, an amino group (NH) is introduced as the C-terminal amide or a substituted amino group (NHR, R = alkyl) or an alcohol residue at the C-terminus of the peptide. In further embodiments, the peptide is acylated at the N-terminus or glycosylated, phosphorylated or otherwise derivatized at the N- or C-terminus or on side chains.
Zur Peptidsynthese wird ausgehend von einer freien an einen festen Träger (Harz) gebundenen Aminosäure mit einer terminalen freien α-Aminogruppe (N-Terminus) sequentiell ein Peptid aufgebaut, in dem an den freien N-Terminus der wachsenden Peptidkette pro Syntheseschritt jeweils ein Aminosäurebaustein mit dem C-Terminus addiert wird. Die α-Aminogruppe des addierten Aminosäurebausteins bildet dann den neuen N-Terminus, an den der nächste Aminosäurebaustein im jeweils folgenden Syntheseschritt addiert wird .For peptide synthesis, starting from a free amino acid bound to a solid support (resin) with a terminal free α-amino group (N-terminus) sequentially built a peptide in which one amino acid building block with the C-terminus is added to the free N-terminus of the growing peptide chain per synthesis step. The α-amino group of the added amino acid building block then forms the new N-terminus to which the next amino acid building block is added in the subsequent synthesis step.
Damit bei der Peptidsynthese nur der freie N-Terminus der am Träger gebunden Aminosäure mit dem jeweils nächsten Aminosäurebaustein reagiert, werden für die Synthese Aminosäurebausteine verwendet, in denen außer dem C-Terminus alle chemischreaktiven Gruppen der Aminosäuren, wie die α-Aminogruppe und weitere funktionelle Gruppen in den Seitenketten wie Aminogruppen (Lysin), oder z. B. freie Hydroxylgruppen (Tyrosin, Serin) mit entsprechenden Schutzgruppen versehen sind.So that only the free N-terminus of the amino acid bound to the carrier reacts with the next amino acid building block in the peptide synthesis, amino acid building blocks are used for the synthesis in which, apart from the C-terminus, all chemically reactive groups of the amino acids, such as the α-amino group and other functional ones Groups in the side chains such as amino groups (lysine), or z. B. free hydroxyl groups (tyrosine, serine) are provided with appropriate protective groups.
Die Schutzgruppe an der α-Aminogruppe des addierten Aminosäurebausteins wird während der Synthese selektiv entfernt, um einen neuen freien N-Terminus für den nächsten Syntheseschritt zu liefern. Die restlichen Schutzgruppen bleiben gebunden und werden erst zum Abschluss der Synthese entfernt.The protecting group on the α-amino group of the added amino acid building block is selectively removed during the synthesis in order to provide a new free N-terminus for the next synthesis step. The remaining protective groups remain bound and are only removed at the end of the synthesis.
Heutzutage folgt die Peptidsynthese entweder der Boc/Bzl-Strategie oder der Fmoc/lBu- Strategie. Je nach Synthesestrategie kommen dabei unterschiedliche Schutzgruppen zum Einsatz.Nowadays peptide synthesis follows either the Boc / Bzl strategy or the Fmoc / l Bu strategy. Depending on the synthesis strategy, different protective groups are used.
Die Boc/Bzl-Strategie ist durch eine abgestufte Säurelabilität gekennzeichnet. Dabei sind die α- Aminogruppen über säurelabile tert.Butoxycarbonyl-Gruppen (Boc- Gruppen) geschützt. Während der Synthese wird hier um einen neuen freien N- Terminus zu generieren die Boc-Gruppe an der α-Aminogruppe in der Regel durch Behandlung mit Trifluoressigsäure (TFA) selektiv abgespalten. Die restlichen reaktiven Gruppen der Aminosäuren-Seitenketten, wie z. B. Hydroxylgruppen (Ser, Thr) und ε- Aminogruppen (Lys), sind durch Benzyl (Bzl)-Gruppen bzw. Benzyloxycarbonyl (Z) - Gruppen geschützt, die z. B. nur durch Behandlung mit der stärkeren Flusssäure (HF) wieder entfernt werden können. Bei der orthogonalen Fmoc/'Bu-Strategie sind die α-Aminogruppen über die basenlabile 9-Fluoro-enylmethoxycarbonyl-Gruppe (Fmoc-Gruppe) geschützt und die restlichen reaktiven Gruppen der Aminosäuren in der Regel durch säurelabile Gruppen geschützt. So sind bei dieser Strategie Hydroxylgruppen meist durch tertiäre Butyl-Gruppen ({Bu- Gruppen) und die ε-Aminogruppen des Lysin durch Boc-Gruppen geschützt. Um einen neuen freien N-Terminus zu generieren, wird während der Synthese hierbei die Fmoc- Gruppe an der α-Aminogruppe durch Behandlung mit einer schwachen Base, z. B. 20% Piperidin in Dimethylformamid (DMF), entfernt. Die restlichen Schutzgruppen werden erst zum Abschluss der Synthese (z. B. durch TFA) entfernt.The Boc / Bzl strategy is characterized by graded acid instability. The α-amino groups are protected by acid-labile tert-butoxycarbonyl groups (Boc groups). During the synthesis, in order to generate a new free N-terminus, the Boc group on the α-amino group is usually cleaved selectively by treatment with trifluoroacetic acid (TFA). The remaining reactive groups of the amino acid side chains, such as. B. hydroxyl groups (Ser, Thr) and ε-amino groups (Lys) are protected by benzyl (Bzl) groups or benzyloxycarbonyl (Z) - groups that z. B. can only be removed by treatment with the stronger hydrofluoric acid (HF). In the orthogonal Fmoc / 'Bu strategy, the α-amino groups are protected by the base-labile 9-fluoro-enylmethoxycarbonyl group (Fmoc group) and the remaining reactive groups of the amino acids are generally protected by acid-labile groups. In this strategy, hydroxyl groups are mostly protected by tertiary butyl groups ( { Bu groups) and the ε-amino groups of lysine by Boc groups. In order to generate a new free N-terminus, the Fmoc group on the α-amino group is treated during the synthesis by treatment with a weak base, e.g. B. 20% piperidine in dimethylformamide (DMF) removed. The remaining protective groups are only removed at the end of the synthesis (e.g. by TFA).
Bevorzugt wird zur Peptidsynthese nach der orthogonalen Fmoc/tert.Butyl- Schutzgmppenstrategie verfahren. ] For the peptide synthesis, the orthogonal Fmoc / tert-butyl protective group strategy is preferred. ]
Erfindungsgemäß wird während der Peptidsynthese an mindestens einer später zu markierenden Position ein Aminosäurebaustein eingebaut, der eine Aminogruppe .trägt, die durch eine Gruppe geschützt wird, die sich funktionell von den Schutzgruppen an den nicht zu markierenden Aminogruppen unterscheidet. Darüber hinaus muss sich die Schutzgruppe funktionell von den Schutzgruppen an den Aminogruppen, welche die Peptidbindung formen, unterscheiden.According to the invention, during the peptide synthesis, an amino acid building block is inserted at at least one position to be marked later, which carries an amino group which is protected by a group which differs functionally from the protective groups on the amino groups which are not to be marked. In addition, the protective group must differ functionally from the protective groups on the amino groups that form the peptide bond.
Durch diesen funktionellen Unterschied wird es möglich, die Schutzgruppe an der zu markierenden Position in einem weiteren Schritt des Verfahrens selektiv zu entfernen.This functional difference makes it possible to selectively remove the protective group at the position to be marked in a further step of the method.
Dieser funktionelle Unterschied basiert auf unterschiedlichen chemischen Eigenschaften, wie Beständigkeit gegenüber bestimmten chemischen Stoffen.This functional difference is based on different chemical properties, such as resistance to certain chemical substances.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die später zu markierende Aminogmppe zunächst während der Synthese durch eine Gruppe geschützt, die sich mit einer Methode abspalten lässt, bei der die Amino-Schutzgruppen an den nicht zu markierenden Aminogruppen erhalten bleiben. Im erfindungsgemäßen Verfahren werden bevorzugt alle nicht zu markierenden Aminogruppen durch photolabile Schutzgruppen (z. B. Nvoc) geschützt, und nur die Aminogruppe an der zu markierenden Stelle mit einer chemisch labilen Schutzgruppe (SG) wie z. B. eine Benzyloxycarbonyl- (Z-Gruppe im Falle der Boc/Bzl-Strategie) oder einer Boc-Gruppe (im Falle der Fmoc/'Bu-Strategie) versehen.In the method according to the invention, the amino group to be labeled later is initially protected during the synthesis by a group which can be split off by a method in which the amino protective groups on the amino groups which are not to be labeled are retained. In the method according to the invention, all amino groups which are not to be labeled are preferably protected by photolabile protective groups (for example Nvoc), and only the amino group at the point to be labeled is protected with a chemically labile protective group (SG) such as. B. a benzyloxycarbonyl (Z group in the case of the Boc / Bzl strategy) or a Boc group (in the case of the Fmoc / 'Bu strategy).
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird dies dadurch erreicht, dass bei der Peptidsynthese an den nicht zu markierenden Aminogruppen photolabile Schutzgruppen, z. B. Nitroveratryloxycarbonyl (Nvoc), eingeführt werden. Dies wird durch den Einbau entsprechend geschützter Aminosäurebausteine, z. B. Lysin mit Nvoc-geschützter Seitenkette, errreicht.In one embodiment of the method, this is achieved in that, in the peptide synthesis, photolabile protective groups, for. B. nitroveratryloxycarbonyl (Nvoc). This is achieved by installing appropriately protected amino acid components, e.g. B. Lysine with Nvoc-protected side chain.
Lysine, die an der Seitenkette mit Nvoc geschützt sind (Nε-Nvoc-Lysine), werden z. B. nach Umsetzen von Nα-geschützen Lysinen (z. B. Nα-Boc-Lys oder N -Fmoc-Lys) mit Nvoc-Chlorid erhalten00].Lysines that are protected on the side chain with Nvoc (N ε -Nvoc-lysines) are e.g. B. after reacting N α -protected lysines (eg N α -Boc-Lys or N -Fmoc-Lys) with Nvoc chloride 00] .
Soll die N-terminale Aminogruppe selektiv markiert werden, wird die N-terminale Aminogruppe, die nach dem letzten Kupplungsschritt der Synthese zunächst noch geschützt vorliegt, entschützt und das Peptid vom Trägermaterial abgespalten, während alle anderen nicht zu markierenden Aminogruppen in den Seitenketten, mit einer photolabilen Schutzgruppe derivatisiert sind.If the N-terminal amino group is to be selectively labeled, the N-terminal amino group, which is still protected after the last coupling step of the synthesis, is deprotected and the peptide is cleaved from the support material, while all other amino groups not to be labeled in the side chains are removed with one photolabile protecting group are derivatized.
Im Fall, dass die N-terminale Aminogruppe nicht selektiv markiert werden soll, wird vorzugsweise im letzten Kupplungsschritt der Peptidsynthese eine Nα-photolabil- geschützte Aminosäure verwendet. Diese Nα-photolabil geschützte Aminosäure wird analog zu dem Nε-photolabil geschütztem Lysin synthetisiert (Vossmeyer: Journal of applied physics 1998). Alternativ wird die N-terminale Aminogruppe im Anschluss an die Peptidsynthese entschützt und in einem nachfolgenden Syntheseschritt durch Umsetzen der freien N-terminalen Aminogruppe mit dem Säurechlorid der photolabilen Schutzgruppe (z. B. Nvoc-Chlorid) photolabil geschützt. Die im erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommenden photolabilen Schutzgruppen sind bevorzugt Gruppen vom ort/zo-Nitrobenzyltyp, besonders bevorzugt Nitroveratryloxycarbonyl (Nvoc). Dessen Säurechlorid (Nvoc-Chlorid) hat folgende Formel (Formel 2):If the N-terminal amino group is not to be selectively labeled, an N α -photolabile-protected amino acid is preferably used in the last coupling step of the peptide synthesis. This N α -photolably protected amino acid is synthesized analogously to the N ε -photolably protected lysine (Vossmeyer: Journal of applied physics 1998). Alternatively, the N-terminal amino group is deprotected after the peptide synthesis and is protected in a subsequent synthesis step by reacting the free N-terminal amino group with the acid chloride of the photolabile protective group (e.g. Nvoc chloride). The photolabile protective groups used in the process according to the invention are preferably groups of the ort / zo-nitrobenzyl type, particularly preferably nitroveratryloxycarbonyl (Nvoc). Its acid chloride (Nvoc chloride) has the following formula (Formula 2):
Figure imgf000011_0001
(Formel 2)
Figure imgf000011_0001
(Formula 2)
Derart photolabile Schutzgruppen lassen sich durch UV-Bestrahlung bei einer Wellenlänge von 200-600 nm wieder leicht entfernen.1- ~& Verbindungen vom ortho- Nitrobenzyltyp gehen unter Lichteinwirkung eine Photoenolisierung ein und es erfolgt eine Fragmentierung zu ortho-Nitrosobenzaldehyden. Die Lampenstärke kann dabei im Rahmen von 10 W -1000 W variieren. Die Abspaltung wird bevorzugt bei Temperaturen zwischen 0 °C und 30 °C und innerhalb von 1 min bis zu 5 h durchgeführt.Such photolabile protective groups can be easily removed again by UV radiation at a wavelength of 200-600 nm. 1 - ~ & compounds of the ortho-nitrobenzyl type undergo photoenolization under the influence of light and there is a fragmentation to ortho-nitrosobenzaldehydes. The lamp strength can vary within the range of 10 W -1000 W. The cleavage is preferably carried out at temperatures between 0 ° C. and 30 ° C. and within 1 minute to 5 hours.
Die chemisch-labile Schutzgruppe an der zu markierenden Aminogruppe werden im Anschluss an die Synthese durch Flusssäure (HF) (im Falle der Boc/Bzl-Strategie) oder Trifluoressigsäure (TFA) (im Falle der Fmoc Bu-Strategie) selektiv entfernt.The chemically labile protective group on the amino group to be labeled is selectively removed after the synthesis by hydrofluoric acid (HF) (in the case of the Boc / Bzl strategy) or trifluoroacetic acid (TFA) (in the case of the Fmoc Bu strategy).
Durch das Abspalten dieser chemisch labilen Gruppe durch Flusssäure (HF) (im Falle der Boc/Bzl-Strategie) oder Trifluoressigsäure (TFA) (im Falle der Fmoc Bu-Strategie) werden gleichzeitig das Peptid von dem Festphasenträger abgelöst und weitere Schutzgruppen entfernt.By splitting off this chemically labile group by hydrofluoric acid (HF) (in the case of the Boc / Bzl strategy) or trifluoroacetic acid (TFA) (in the case of the Fmoc Bu strategy), the peptide is simultaneously detached from the solid phase support and further protective groups are removed.
Die photolabilen Schutzgruppen an den restlichen, nicht zu markierenden Aminogruppen, werden dabei nicht abgespalten. Das in Lösung befindliche Peptid enthält nun nur an der zu markierenden Position eine freie Aminogruppe, die ungeschützt ist und selektiv markiert werden kann. Diese selektive Markierung geschieht, wie an späterer Stelle näher erläutert, mit einem radioaktiven aminoreaktiven Reagens, bevorzugt einem N-Hydroxysuccinimid-(NHS) ester.The photolabile protective groups on the remaining amino groups that are not to be labeled are not removed in the process. The peptide in solution now only contains a free amino group at the position to be labeled, which is unprotected and can be labeled selectively. This selective labeling takes place, as explained in more detail later, with a radioactive amino-reactive reagent, preferably an N-hydroxysuccinimide (NHS) ester.
Die photolabilen Schutzgruppen an den restlichen Aminogruppen werden im Anschluss an die Markierung durch UV-Licht entfernt. Dies ist schematisch in Fig. 3_ dargestellt.The photolabile protective groups on the remaining amino groups are removed by UV light after the labeling. This is shown schematically in Fig. 3_.
Die direkte Einführung von Aminosäure-Bausteinen mit photolabilen Schutzgruppen während der Peptidsynthese, hat jedoch den Nachteil, dass bei der die gesamte Synthese im Dunkeln erfolgen muss. Ein weiterer Nachteil ist, dass mit photolabilen Schutzgruppen geschützte Aminosäuren noch nicht kommerziell erhältlich sind.However, the direct introduction of amino acid building blocks with photolabile protective groups during peptide synthesis has the disadvantage that the entire synthesis must take place in the dark. Another disadvantage is that amino acids protected with photolabile protecting groups are not yet commercially available.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden bei der Peptidsynthese. daher die photolabilen Gruppen nicht direkt eingeführt, sondern zuvor Gruppen (z. B. Dde), die sich in ihrer Reaktivität gegenüber einem chemischen Agens, wie z. B. Hydrazin, von den restlichen Schutzgruppen (SG) unterscheiden. Diese Variante ist schematisch in Fig. 1 dargestellt.In a particularly preferred embodiment of the invention, peptide synthesis. Therefore, the photolabile groups are not introduced directly, but previously groups (e.g. Dde) that differ in their reactivity to a chemical agent, such as. B. hydrazine, distinguish from the remaining protective groups (SG). This variant is shown schematically in FIG. 1.
Dies hat den Vorteil, dass die chemische Peptidsynthese mit kommerziell erhältlichen Materialien durchgeführt werden kann und nicht unter Lichtausschluss erfolgen muss.This has the advantage that the chemical peptide synthesis can be carried out with commercially available materials and does not have to take place in the absence of light.
Bevorzugt werden in dieser Ausführungsform während der Peptidsynthese alle Aminogruppen, die nicht markiert werden sollen mit einer hydrazinlabilen Schutzgruppe, besonders bevorzugt mit l-(4,4-dimethyl-2,6-dioxocyclohex-l-yliden)ethyl- (Dde) oder l-(4, 4-dimethyl-2,6-dioxocyclohex-l-yliden)-3-methylbutyl- (ivDde-) (Novabiochem, Laufelfingen, Schweiz) geschützt.In this embodiment, all amino groups which are not to be labeled with a hydrazine-labile protective group, particularly preferably with 1- (4,4-dimethyl-2,6-dioxocyclohex-1-ylidene) ethyl (Dde) or 1, are preferred during the peptide synthesis - (4, 4-dimethyl-2,6-dioxocyclohex-l-ylidene) -3-methylbutyl- (ivDde-) (Novabiochem, Laufelfingen, Switzerland).
Dazu werden bei der Peptidsynthese für die Aminosäuren, die Aminogruppen in ihren Seitenketten enthalten, wie z. B. Lysin, die nicht markiert werden sollen, entsprechend geschützte Aminosäurebausteine verwendet. In diesen Aminosäurebausteinen, wie z. B. ein an der ε-Aminogruppe mit Dde geschütztes Lysin (Nα-Fmoc-Nε-Dde-Lysin), ist die Aminogruppe, die nicht markiert werden soll, mit einer hydraziήlabilen Dde- Schutzgruppe (z. B. Dde) geschützt.For this purpose, in the peptide synthesis for the amino acids that contain amino groups in their side chains, such as. B. Lysine, which should not be labeled, used appropriately protected amino acid building blocks. In these amino acid building blocks, such as. B. a on the ε-amino group protected with Dde lysine (N α -Fmoc-N ε -Dde-lysine) is Protected amino group, which should not be labeled, with a hydraziήlable Dde protective group (e.g. Dde).
Derartige Aminosäuren, wie z. B. Nα-Fmoc-Nε-Dde-Lysin, sind kommerziell erhältlich (Novabiochem, Laufelfingen, Schweiz).Such amino acids, such as. B. N α -Fmoc-N ε -Dde-lysine are commercially available (Novabiochem, Laufelfingen, Switzerland).
Die später zu markierende Aminogruppe, eine Aminogruppe in einer Seitenkette, z. B. eine ε-Amniogruppe des Lysins oder der N-Terminus, wird während der Synthese im Falle der Fmoc/'Bu-Strategie mit einer säurelabilen, aber in Hydrazin stabilen Schutzgruppe (z. B. Boc) versehen. Im Falle der Boc/Bzl-Strategie wird die Aminogruppe mit einer basenlabilen Schutzgruppe (z. B. Fmoc) versehen.The amino group to be labeled later, an amino group in a side chain, e.g. B. an ε-amino group of the lysine or the N-terminus, is provided during the synthesis in the case of the Fmoc / 'Bu strategy with an acid-labile, but stable in hydrazine protective group (z. B. Boc). In the case of the Boc / Bzl strategy, the amino group is provided with a base-labile protective group (e.g. Fmoc).
Soll eine Aminogruppe in einer Seitenkette selektiv markiert werden, wird bei der Peptidsynthese im Falle der Fmoc/lBu-Strategie an der zu markierenden Stelle ein Aminosäurebaustein eingebaut, der eine mit einer säurelabilen (in Hydrazin stabilen) Schutzgruppe geschützte Aminogruppe in der Seitenkette enthält, z. B. ein Lysin dessen ε-Aminogruppe (Nε ) Boc-geschützt ist (z. B. Nα-Fmoc-Nε-Boc-Lysin).If an amino group in a side chain is to be selectively labeled, in the case of peptide synthesis, in the case of the Fmoc / l Bu strategy, an amino acid component which contains an amino group protected with an acid-labile (hydrazine-stable) protective group in the side chain is incorporated in the site to be labeled, z. B. a lysine whose ε-amino group (N ε ) is Boc-protected (e.g. N α -Fmoc-N ε -Boc-lysine).
Im Falle der Boc/Bzl-Strategie enthält der selektiv zu markierende Amino säurebaustein entsprechend eine mit einer basenlabilen Schutzgruppe (z. B. Fmoc) geschützte Aminogruppe.In the case of the Boc / Bzl strategy, the amino acid component to be selectively labeled accordingly contains an amino group protected with a base-labile protective group (for example Fmoc).
Im Falle, dass der N-Terminus selektiv markiert werden soll, wird in der Synthese im letzten Kupplungsschritt bei Fmoc Bu- Strategie ein Aminosäurebaustein eingesetzt, dessen α-Aminogruppe (Nα) mit einer säurelabilen (in Hydrazin stabilen) Schutzgruppe (z. B. Boc) geschützt ist. Diese Variante ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Bei der Boc/Bzl-Strategie wird entsprechend im letzten Kupplungsschritt ein Aminosäurebaustein eingesetzt, dessen α-Aminogruppe mit einer basenlabilen Schutzgruppe (z. B. Fmoc) geschützt ist.If the N-terminus is to be marked selectively, an amino acid building block is used in the synthesis in the last coupling step in the Fmoc Bu strategy, the α-amino group (N α ) of which contains an acid-labile (hydrazine-stable) protective group (e.g. . Boc) is protected. This variant is shown schematically in FIG. 2. In the Boc / Bzl strategy, an amino acid module is used in the last coupling step, the α-amino group of which is protected with a base-labile protective group (e.g. Fmoc).
Im Falle dass der N-Terminus nicht markiert werden soll, wird die Schutzgruppe, die dieser während dem letzten Kupplungsschritt trägt im Anschluss an die Synthese ent- fernt. Im Falle der Fmoc Bu-Strategie ist dies eine basenlabile Schutzgruppe (z. B. Fmoc), die durch eine schwache Base, wie z. B. 20 % Piperidin entfernt wird. Bei der Boc/Bzl-Strategie ist die Schutzgruppe am N-Terminus, der nicht markiert werden soll eines säurenlabile Schutzgruppe (z. B. Boc), die durch eine Säure, wie z. B. TFA, entfernt wird.In the event that the N-terminus is not to be labeled, the protective group which it carries during the last coupling step is removed after the synthesis. removed. In the case of the Fmoc Bu strategy, this is a base-labile protective group (e.g. Fmoc), which is characterized by a weak base, such as. B. 20% piperidine is removed. In the Boc / Bzl strategy, the protective group at the N-terminus which should not be labeled is an acid-labile protective group (e.g. Boc), which is protected by an acid, such as. B. TFA is removed.
Die hyrazinlabilen Schutzgruppen, wie z. B. Dde, werden nach der Synthese direkt am Trägermaterial mit Hydrazin, z. B mit 2 % Hydrazin in DMF[9] entfernt.The hyrazine-labile protective groups, such as. B. Dde, are directly after the synthesis on the support material with hydrazine, for. B removed with 2% hydrazine in DMF [9] .
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung werden bei der Fmoc/ tBu- Strategie anstelle der Hydrazin-labilen Schutzgruppen auch unter schwachsauren Bedingungen abspaltbare Schutzgruppen, wie vorzugsweise 4-Methyltrityl- (Mtt) oder 4- Methoxytrityl (Mmt) verwendet.In an alternative embodiment of the invention, in the Fmoc / tBu strategy, instead of the hydrazine-labile protective groups, protective groups which can be removed under weakly acidic conditions, such as preferably 4-methyltrityl- (Mtt) or 4-methoxytrityl (Mmt), are used.
Diese Schutzgruppen werden anstatt mit Hydrazin mit einer verdünnten Säure innerhalb von 4 mal 2 Minuten selektiv abgespalten, z. B. mit 1 % TFA in Dichlormethan (DCM). Vorzugsweise wird der verdünnten Säure, dabei ein Scavenger, bevorzugt 1 % bis 5 % TIS (Triisopropylsilan) zugefügt.These protective groups are selectively split off with a dilute acid within 4 times 2 minutes instead of with hydrazine, e.g. B. with 1% TFA in dichloromethane (DCM). Preferably, the dilute acid, a scavenger, preferably 1% to 5% TIS (triisopropylsilane) is added.
Unter diesen schwachsauren Bedingungen wird, die erst unter starksauren Bedingungen (>50% TFA) abspaltbare Schutzgruppe an der zu markierenden Aminosäure, vorzugsweise eine Boc-Gruppe, nicht abgespalten.Under these weakly acidic conditions, the protective group on the amino acid to be labeled, preferably a Boc group, which can only be removed under strongly acidic conditions (> 50% TFA), is not removed.
Durch die selektive Abspaltung der mit Hydrazin bzw. unter schwachsauren Bedingungen abspaltbaren Schutzgruppen liegen nun alle nicht zu markierenden Aminogruppen frei vor. Nur die zu markierende Aminogruppe ist geschützt. Das Peptid ist immer noch an das Trägermaterial gebunden.The selective cleavage of the protective groups which can be eliminated with hydrazine or under weakly acidic conditions means that all amino groups which are not to be labeled are now freely available. Only the amino group to be labeled is protected. The peptide is still bound to the support material.
Alle frei vorliegenden Aminogruppen werden nun gleichzeitig mit einer photolabilen Schutzgruppe, bevorzugt vom ortΛo-Nitrobenzyltyp, wie z. B. Nvoc, versehen.All free amino groups are now simultaneously with a photolabile protective group, preferably of the ortΛo-nitrobenzyl type, such as. B. Nvoc provided.
Dazu werden bevorzugt ein aktiviertes Derivat der photolabilen Schutzgruppe (z. B. Nvoc-Chlorid), N-Hydroxybenzotriazol (HOBt, Novabiochem) und Diisopropylethyla- min (DIPEA, Fluka, Buchs, Schweiz) verwendet und in N,N'-Dimethylformamid (DMF, Biosolve, Valkensward, Niederlande) gelöst. Die Molarität von Nvoc-Chlorid in der Reaktionslösung sollte möglichst hoch sein (0,1-0,5 M), das Volumen aber auch ausreichen, um das Harz vollständig zu bedecken. Das Volumen der jeweiligen Reaktionslösung ist dabei abhängig von der Größe des Peptids und beträgt ca. 0,5 ml bis 1 ml. Zu dem in DMF vorgequollenen Harz gibt man die ebenfalls in DMF gelösten Reagenzien und lässt mind. 3 h bei Raumtemperatur oder über Nacht unter Schütteln reagieren. Nach Beendigung der Reaktion überprüft man mit dem KAISER-Test, ob alle freien Aminogruppen reagiert haben. u* Ist dies nicht der Fall wird die Reaktion erneut durchgeführt.For this purpose, an activated derivative of the photolabile protecting group (e.g. Nvoc chloride), N-hydroxybenzotriazole (HOBt, Novabiochem) and diisopropylethyl min (DIPEA, Fluka, Buchs, Switzerland) and dissolved in N, N'-dimethylformamide (DMF, Biosolve, Valkensward, The Netherlands). The molarity of Nvoc chloride in the reaction solution should be as high as possible (0.1-0.5 M), but the volume should also be sufficient to completely cover the resin. The volume of the respective reaction solution depends on the size of the peptide and is approx. 0.5 ml to 1 ml. The reagents, which are also pre-swollen in DMF, are added to the reagents, which are also dissolved in DMF, and left for at least 3 hours at room temperature or overnight react with shaking. After the reaction has ended, the KAISER test is used to check whether all the free amino groups have reacted. u * If this is not the case, the reaction is carried out again.
Die Einführung der Nvoc-Gruppe an allen relevanten Positionen am polymeren Träger ist besser und einfacher durchzuführen, als dies bei der direkten Verwendung von Nε- Nvoc-geschützten Lys-Derivaten bei der Synthese der Fall ist. °0-' Vorteilhaft bedarf es bei dieser Variante auch nicht dem Einsatz spezieller Nvoc-derivatisierter Aminosäuren, die nicht kommerziell erhältlich sind.The introduction of the Nvoc group at all relevant positions on the polymeric support is better and easier to carry out than is the case with the direct use of N ε - Nvoc-protected Lys derivatives in the synthesis. ° 0 - 'This variant also advantageously does not require the use of special Nvoc-derivatized amino acids which are not commercially available.
Nachdem alle nicht zu markierenden Aminogruppen mit einer photolabilen Schutzgruppe geschützt sind, wird die Schutzgruppe an der zu markierenden Aminogruppe entfernt.After all amino groups that are not to be labeled are protected with a photolabile protective group, the protective group on the amino group to be labeled is removed.
Im Falle der Fmoc/'Bu-Strategie wird die säurelabile Schutzgruppe (z. B. Boc) durch eine Säure, wie z. B. TFA entfernt. Bei der Boc/Bzl-Strategie wird die basenlabile Schutzgruppe (z. B. Fmoc) durch eine schwache Base, wie z. B. 20 % Piperidin in DMF, entfernt und das Peptid vom Trägermaterial gelöst.In the case of the Fmoc / 'Bu strategy, the acid-labile protecting group (e.g. Boc) is replaced by an acid, such as. B. TFA removed. In the Boc / Bzl strategy, the base-labile protective group (e.g. Fmoc) is replaced by a weak base, such as. B. 20% piperidine in DMF, removed and the peptide dissolved from the support material.
Das nun in Lösung befindliche Peptid enthält nun nur an der zu markierenden Position eine freie Aminogruppe, die ungeschützt ist, und selektiv markiert werden kann. Die photolabilen Schutzgruppen an den restlichen Aminogruppen lassen sich, im Anschluss an die Markierung leicht durch UV-Licht entfernen. Im Falle der Fmoc Bu- Strategie ist diese Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, da Nε-Dde geschützte Lysine im Gegensatz zu Nε-Nvoc-geschützten Lysine kommerziell erhätlich sind.The peptide now in solution now contains only a free amino group at the position to be labeled, which is unprotected and can be labeled selectively. The photolabile protective groups on the remaining amino groups can be easily removed by UV light after the marking. In the case of the Fmoc Bu strategy, this embodiment of the invention is preferred since N ε -Dde-protected lysines, in contrast to N ε -Nvoc-protected lysines, are commercially available.
Da die basenlabile Fmoc-Gruppe nicht besonders stabil ist, eignet sich diese Ausführungsform nur zum Aufbau von kurzen Peptiden mit der Boc/Bzl-Strategie.Since the base-labile Fmoc group is not particularly stable, this embodiment is only suitable for building up short peptides using the Boc / Bzl strategy.
In einer alternativen Variante der Erfindung wird daher während der Synthese sogleich nach Einbau der relevanten Aminosäure und Entschützen der betreffenden Aminofunk- tion an der Aminosäure . an den Aminogruppen eine photolabile Schutzgruppe eingeführt.In an alternative variant of the invention, therefore, during the synthesis, the relevant amino acid is immediately incorporated and the amino function in question is deprotected from the amino acid. introduced a photolabile protecting group on the amino groups.
Diese Variante ist bei der Boc/Bzl-Strategie gegenüber der zuletzt beschriebenen Aus- führungsform bevorzugt.This variant is preferred in the Boc / Bzl strategy over the last described embodiment.
Dazu sind bei der Peptidsynthese, die nach der Boc/Bzl-Strategie verläuft, die Aminogruppen, die nicht markiert werden sollen, mit basenlabilen Schutzgruppen (z. B. Fmoc) geschützt. Dazu werden entsprechend an ihren Seitenketten mit basenlabilen Schutzgruppen versehene Aminosäurebausteine zu Synthese verwendet (z. B. Nα-Boc- Nε-Fmoc-Lysin). Nach dem Einbau jedes Aminosäurebaustein, der eine nicht zu markierende Aminogruppe trägt, wird die basenlabile Gruppe (z. B. Fmoc) mit einer schwachbasischen Lösung (z. B. 20 % Piperidin in DMF) abgespalten und in einem nachfolgenden Syntheseschritt, wie zuvor beschrieben (z. B. durch Umsetzen mt Nvoc- Chlorid), durch eine photolabile Schutzgruppe (z. B. Nvoc) ersetzt. Soll der N-Terminus nicht geschützt werden, wird dessen Schutzgruppe entsprechend durch eine photolabile Schutzgruppe ersetzt.In addition, in the peptide synthesis which follows the Boc / Bzl strategy, the amino groups which should not be labeled are protected with base-labile protective groups (e.g. Fmoc). For this purpose, amino acid units provided with base-labile protective groups on their side chains are used for synthesis (e.g. N α -Boc-N ε -Fmoc-lysine). After the incorporation of each amino acid building block which carries an amino group which is not to be labeled, the base-labile group (e.g. Fmoc) is cleaved off with a weakly basic solution (e.g. 20% piperidine in DMF) and in a subsequent synthesis step, as described above (e.g. by reacting with Nvoc chloride), replaced by a photolabile protective group (e.g. Nvoc). If the N-terminus is not to be protected, its protective group is replaced by a photolabile protective group.
Folglich sind am Ende der Synthese alle nicht zu markierenden Aminogruppen im aufgebauten Peptid mit einer photolabilen Gruppe (wie z. B. Nvoc) geschützt.Consequently, at the end of the synthesis, all amino groups which are not to be labeled in the assembled peptide are protected with a photolabile group (such as, for example, Nvoc).
Das nach der Abspaltung vom polymeren Träger in Lösung befindliche. Peptid enthält nun nur an der zu markierenden Position eine freie Aminogruppe, die ungeschützt vorliegt, und selektiv markiert werden kann. Die photolabilen Schutzgruppen an den restlichen Aminogruppen lassen sich im Anschluss an die Markierung leicht durch UV- Licht entfernen.The one in solution after being split off from the polymeric carrier. Peptide now only contains a free amino group at the position to be marked, which is unprotected and can be selectively marked. The photolabile protecting groups on the The remaining amino groups can be easily removed by UV light after the marking.
Das Peptid, in dem nach einer der zuvor beschriebenen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens die zu markierende Aminogruppe selektiv entschützt vorliegt, wird, wie folgt in Lösung mit einer aminoreaktiven Substanz markiert.The peptide, in which the amino group to be labeled is selectively deprotected according to one of the previously described variants of the method according to the invention, is labeled in solution with an amino-reactive substance as follows.
Als aminoreaktive Substanzen werden bevorzugt Acylierungsreagenzien, wie N- Hydroxysuccinimid (NHS)-Ester, verwendet. Durch diese NHS-Ester wird, wie schematisch in Formel 1 beschrieben, eine Acylgruppe, die den entsprechenden Marker enthält, vom NHS-Ester auf die Aminogruppe übertragen.Acylation reagents such as N-hydroxysuccinimide (NHS) esters are preferably used as amino-reactive substances. As described schematically in Formula 1, these NHS esters transfer an acyl group which contains the corresponding marker from the NHS ester to the amino group.
Als Marker enthält die Acylgruppe bevorzugt radioaktive Isotope, wie z. B. 1 Tod (123I), 35Schwefel (35S) und Tritium (3H).As a marker, the acyl group preferably contains radioactive isotopes, such as. B. 1 death ( 123 I), 35 sulfur ( 35 S) and tritium ( 3 H).
In weiteren Ausführungsformen sind an die Acylgruppe andere Marker gebunden, wie das über die Affinität zu Streptavidin/Avidin detektierbare Biotin, oder immunologisch detektierbare Haptene, wie z. B. Digoxygenin oder Fluorescein.In further embodiments, other markers are bound to the acyl group, such as the biotin detectable via the affinity for streptavidin / avidin, or immunologically detectable haptens, such as, for. B. digoxygenin or fluorescein.
Durch Fluoreszenz-detektierbare Farbstoffe kommen auch als Marker in Betracht, wobei bei der Verwendung von photolabilen Schutzgruppen im erfindungsgemäßen Verfahren, die nach der Markierung erfolgende Abspaltung der Schutzgruppe bei einer Wellenlänge erfolgt, bei denen die Farbstoffe nicht ausgebleicht werden.Dyes which can be detected by fluorescence can also be used as markers, with the use of photolabile protective groups in the process according to the invention followed by the splitting off of the protective group at a wavelength at which the dyes are not bleached.
Die Markierungreaktion kann bereits mit wenigen Mikrogramm Peptid durchgeführt werden. Da sich diese geringen Mengen nur schwer abwiegen lassen, wurde deshalb eine Stammlösung des mit präparativer HPLC gereinigten und photolabil geschützten Peptids in bidestilliertem Wasser hergestellt, die gewünschte Menge (z. B. 2 nmol, je nach Molekulargewicht des Peptids ca. 10 μg) aus der Stammlösung entnommen und lyophilisiert.The labeling reaction can be carried out with just a few micrograms of peptide. Since these small amounts can only be weighed out with difficulty, a stock solution of the peptide purified with preparative HPLC and protected in a photolabile manner was prepared in bidistilled water, the desired amount (e.g. 2 nmol, approx. 10 μg depending on the molecular weight of the peptide) removed from the stock solution and lyophilized.
Die Markierungsreaktion kann sowohl in einem organischen Lösungsmittel wie DMF oder in einem wässrigen Puffer bei neutralen oder leicht basischen pH- erten durchge- führt werden. Dazu wird das photolabil geschützte Peptid in einer kleinen Menge 0,1 % DIPEA / DMF oder in einem wässrigen und leicht basischen Puffer gelöst. Als Puffer kann z. B. 10 mM Phosphatpuffer (pH=7,5) bzw. 10 mM Boratpuffer (pH=8,0) verwendet werden, dem optional bei geringer Löslichkeit des Peptids Acetonitril (ACN) zugesetzt werden kann. Bei einer Markierung am N-Terminus kann aufgrund des niedrigeren pK- Wertes der α-Aminogruppe auch ein leicht saurer Puffer (z. B. pH 6,5) eingesetzt werden. Bei Wahl des pH- Wertes gilt es einen Kompromiss zwischen der Reaktivität der Aminogruppe (stärker bei höheren pH- Werten) und der Stabilität des Markierungsreagenz im wässrigen Milieu (niedriger bei höheren pH- Werten) einzugehen. [13' 14] The labeling reaction can be carried out either in an organic solvent such as DMF or in an aqueous buffer at neutral or slightly basic pH values. leads. For this purpose, the photolabile protected peptide is dissolved in a small amount of 0.1% DIPEA / DMF or in an aqueous and slightly basic buffer. As a buffer z. B. 10 mM phosphate buffer (pH = 7.5) or 10 mM borate buffer (pH = 8.0) can be used, which can optionally be added with low solubility of the peptide acetonitrile (ACN). When labeling at the N-terminus, a slightly acidic buffer (e.g. pH 6.5) can also be used due to the lower pK value of the α-amino group. When choosing the pH value, there is a compromise between the reactivity of the amino group (stronger at higher pH values) and the stability of the labeling reagent in an aqueous medium (lower at higher pH values). [13 '14]
Das Peptid ist in der Markierungsreaktion die preiswertere Komponente und das Nucleophil und sollte zur Erhöhung der Ausbeute im leichten Überschuss eingesetzt werden. Radioaktive NHS-Ester oder OSu aktivierbare Fluoreszenzfarbstoffe sind kommerziell erhältlich (z. B. bei Amersham). Liegt das Markierungsreagenz in Toluol gelöst vor, so wird dieses vor der Umsetzung im N2-Strom entfernt. Die Reaktion wird bevorzugt in einem silanisierten Gefäß ( z. B. einem Eppendorftube) durchgeführt, um Adsorptionen von Ester und Peptid an der Gefäßwand gering zu halten. Bei zweifachem Überschuss an Peptid (z. B. 2 nmol) wird 1 nmol der Markierungssubstanz verwendet. Das in Puffer oder DMF gelöste Peptid wird zu dem Markierungsreagenz gegeben und gut durchmischt. Die Reaktion dauert bei Raumtemperatur ca. 1 -2 h.The peptide is the cheaper component and the nucleophile in the labeling reaction and should be used in a slight excess to increase the yield. Radioactive NHS esters or OSu activatable fluorescent dyes are commercially available (e.g. from Amersham). If the labeling reagent is dissolved in toluene, it is removed in a stream of N 2 before the reaction. The reaction is preferably carried out in a silanized vessel (for example an Eppendorf tube) in order to keep adsorption of ester and peptide on the vessel wall low. If there is a double excess of peptide (eg 2 nmol), 1 nmol of the labeling substance is used. The peptide dissolved in buffer or DMF is added to the labeling reagent and mixed well. The reaction takes about 1-2 hours at room temperature.
Nach der Markierung werden die photolabilen Schutzgruppen an den nicht zu markierenden Aminogruppen unter den beschriebenen Bedingungen mittels UV-Licht im wässrigen Milieu abgetrennt.After the labeling, the photolabile protective groups on the amino groups not to be labeled are separated off under the conditions described by means of UV light in an aqueous medium.
Im wässrigen Milieu ist ein vorheriges Abfangen von nicht reagiertem Ester nicht notwendig. Nach der Reaktionszeit im wässrigen Milieu kann davon ausgegangen werden, dass der Ester aminolysiert wurde bzw. durch die Nebenreaktion mit Wasser vollständig hydrolysiert vorliegt und somit nicht mehr mit den neu freigesetzten Aminogruppen zu reagieren vermag. Nach einer Markierungsreaktion in DMF sollte jedoch ein Nucleophil wie Glycin zugegeben werden, um unselektive Markierungen durch nicht umgesetzten Ester nach der Abspaltung der photolabilen Schutzgruppe zu vermeiden. Um eine stärkere Fragmentierung insbesondere von Trp-haltigen Peptiden durch die UV- Strahlung zu vermeiden, sollte bei diesen Peptiden die UV-Einwirkung auf maximal 30 min begrenzt werden. Auch hierbei wird die photolabile Schutzgruppe nahezu quantitativ vom Peptid entfernt. Um Nebenreaktionen, insbesondere die Bildung von kovalenten Addukten der abgespaltenen Schutzgruppe mit den freigesetzten Aminogruppen zu vermeiden, wird die Abspaltung im sauren Milieu durchgeführt. Dazu wird der Markierungsansatz mit einer 0,1 %igen wässrigen TFA / ACN-Lösung versetzt. Der ACN-Gehalt kann hierbei bereits auf die nachfolgenden Startbedingungen des HPLC-Gradienten eingestellt werden.In an aqueous environment, it is not necessary to trap unreacted esters beforehand. After the reaction time in the aqueous medium, it can be assumed that the ester has been aminolyzed or is completely hydrolyzed by the side reaction with water and is therefore no longer able to react with the newly released amino groups. After a labeling reaction in DMF, however, a nucleophile such as glycine should be added in order to avoid unselective labeling by unreacted esters after the photolabile protective group has been removed. In order to avoid a greater fragmentation, in particular of Trp-containing peptides, by the UV radiation, the UV exposure should be limited to a maximum of 30 minutes for these peptides. Here too, the photolabile protective group is removed almost quantitatively from the peptide. In order to avoid side reactions, in particular the formation of covalent adducts of the cleaved protective group with the released amino groups, the cleavage is carried out in an acidic environment. For this purpose, the labeling batch is mixed with a 0.1% aqueous TFA / ACN solution. The ACN content can already be adjusted to the subsequent starting conditions of the HPLC gradient.
Anschließend wird das Peptid in bekannter Weise gereinigt. Vorzugsweise geschieht dies mittels HPLC (High Performance Liquid Chromatography). Da die Markierung nie zu 100%) verläuft und zudem das Nvoc-Peptid im Überschuss gegenüber radioaktivem Ester eingesetzt wurde, muss eine Abtrennung des derivatisierten vom nicht- derivatisiertem Peptid erfolgen. Da sich die beiden Peptide in Abhängigkeit der übertragenen Gruppe meist nur geringfügig in Bezug auf ihr Elutionsverhalten unterscheiden, wurde zu Trennung zweckmäßigerweise eine Gradientenelution mit zwei Elutionsmit- teln gewählt. Der Gradient ist unter Umständen von der Peptidsequenz und von der Qualität der eingesetzten Säule abhängig und kann dadurch nicht für alle Sequenzen verallgemeinert werden. Die verwendeten Elutionsmittel sind: 0,08 % TFA in Aceto- nitril und 0,1 % TFA in Wasser.The peptide is then purified in a known manner. This is preferably done by means of HPLC (High Performance Liquid Chromatography). Since the labeling never runs 100% and, in addition, the Nvoc peptide has been used in excess of radioactive ester, the derivatized peptide must be separated from the non-derivatized peptide. Since the two peptides usually differ only slightly with regard to their elution behavior, depending on the group transferred, a gradient elution with two elution agents was expediently chosen for separation. The gradient may depend on the peptide sequence and the quality of the column used and cannot therefore be generalized for all sequences. The eluents used are: 0.08% TFA in acetonitrile and 0.1% TFA in water.
Detailierte Beschreibungen zur HPLC von Peptiden geben folgende Literaturstelle: Hancock, W. S.; Sparrow, J. T.: HPLC Analysis of biological compound, Vol 26, 1. Auflage, Marcel Dekker Inc., New York. 1984The following literature gives detailed descriptions of HPLC of peptides: Hancock, W. S .; Sparrow, J.T .: HPLC Analysis of biological compound, Vol 26, 1st edition, Marcel Dekker Inc., New York. 1984
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Peptiden, in denen alle nicht zu markierenden Aminogruppen durch Schutzgruppen, vorzugsweise photolabile Schutzgruppen, geschützt sind und mindestens eine zu markierende Aminogruppe ungeschützt vorliegt, zur Herstellung eines selektiv radioaktiv markierten Peptides. Durch die nachfolgenden Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert:Another object of the invention is the use of peptides in which all amino groups not to be labeled are protected by protective groups, preferably photolabile protective groups, and at least one amino group to be labeled is unprotected for the production of a selectively radioactively labeled peptide. The invention is explained in more detail by the following exemplary embodiments:
Ausführungsbeispiel 1:Example 1:
Synthese von Lys-(Dde) geschützten Peptiden und Ersetzen der Dde-Schutzgruppe durch in Lösung leicht abspaltbare photolabile SchutzgruppenSynthesis of Lys (Dde) protected peptides and replacement of the Dde protective group with easily removable photolabile protective groups in solution
Das Peptid wird zunächst mittels Festphasenpeptidsynthese mit der orthogonalen Fmoc/tert.Butyl-Schutzgruppenstrategie im Milligramm-Maßstab (13,5 μmol) syntheti- siert.f5] Für ε-Aminogruppen von Lys-Seitenketten, die bei der Markierungsreaktion noch geschützt und bei späteren biologischen Untersuchungen frei vorliegen sollen, wurde bei der Synthese ein kommerziell erhältliches Lys-Derivat mit 1 -(4,4-dimethyl- 2,6-dioxocyclohex-l-ylidene)ethyl-(Dde)-geschützter Aminofunktion (Novabiochem) in der Seitenkette verwendet. Diese Dde-Schutzgruppe der Lys-Seitenkette(n) wird nach der Synthese direkt am Harz mit 2 %iger Hydrazinlösung in DMF selektiv entfernt. [9] Die später zu modifizierende Aminogruppe, eine bestimmte Lys-Seitenkette oder der N- Terminus, bleibt dann noch mit der säurelabilen Boc-Schutzgruppe geschützt. Bei einer Markierung des N-Terminus ist dafür im letzten Kupplungsschritt der Peptidsynthese eine Nα-Boc-geschützte Aminosäure einzusetzen. Wenn dagegen beim letzten Kupplungsschritt eine Nα-Fmoc-geschützte Aminosäure verwendet wurde, liegt der N- Terminus nach der Synthese am Harz bereits frei vor. Nach Abspaltung der Dde- Schutzgruppe^) wurden dann alle frei vorliegenden Aminogruppen mit der photolabilen Nvoc-Schutzgruppe gleichzeitig versehen.The peptide is first synthesized using solid phase peptide synthesis using the orthogonal Fmoc / tert-butyl protecting group strategy on a milligram scale (13.5 μmol). f5] For ε-amino groups of Lys side chains, which are still to be protected during the labeling reaction and are to be freely available in later biological studies, a commercially available Lys derivative with 1 - (4,4-dimethyl-2,6- dioxocyclohex-l-ylidene) ethyl (Dde) protected amino function (Novabiochem) used in the side chain. This Dde protective group of the Lys side chain (s) is selectively removed directly on the resin with 2% hydrazine solution in DMF after the synthesis. [9] The later to be modified amino group, a certain Lys-side chain or the N-terminus is then still protected with acid labile Boc protecting group. If the N-terminus is marked, an N α -Boc-protected amino acid must be used for this in the last coupling step of the peptide synthesis. If, on the other hand, an N α -Fmoc-protected amino acid was used in the last coupling step, the N-terminus is already freely available on the resin after synthesis. After removal of the Dde protective group ^) all free amino groups were then provided with the photolabile Nvoc protective group simultaneously.
Der Einbau der photolabilen Nvoc-Gruppe erfolgte am Harz an den Positionen, die nach der radioaktiven Markierung wieder frei vorliegen sollen. Dazu wurden, bezogen auf Anzahl der jeweils vorhandenen freien Amino funktionen, 5 Äquivalente 6- Nitroveratryloxycarbonylchlorid (Nvoc-Cl, Sigma-Aldrich), 5 Äquivalente N- Hydroxybenzotriazol (HOBt, Novabiochem) und 10 Äquivalente Diisopropylethylamin (DIPEA, Flukä) verwendet. Als Lösungsmittel dienten 0,5-1 ml N,N'- Dimethylformamid (DMF, Biosolve). Zu dem in DMF vorgequollenen Harz gibt man die ebenfalls in DMF gelösten Reagenzien und lässt mind. 3 h bei Raumtemperatur oder über Nacht unter schütteln reagieren. Nach Beendigung der Reaktion überprüft man mit dem KAISER-Test, ob alle freien Aminogruppen reagiert haben.1-1 ^ Ist dies nicht der Fall, wird die Reaktion erneut durchgeführt.The photolabile Nvoc group was installed on the resin at the positions that should be free again after the radioactive labeling. Based on the number of free amino functions present, 5 equivalents of 6-nitroveratryloxycarbonyl chloride (Nvoc-Cl, Sigma-Aldrich), 5 equivalents of N-hydroxybenzotriazole (HOBt, Novabiochem) and 10 equivalents of diisopropylethylamine (DIPEA, Flukä) were used. 0.5-1 ml of N, N'-dimethylformamide (DMF, Biosolve) served as solvent. The reagents, which are also dissolved in DMF, are added to the resin which has been swollen in DMF and allowed to react for at least 3 h at room temperature or overnight with shaking. After the reaction is over, check with the KAISER test whether all free amino groups have reacted. 1 - 1 ^ If this is not the case, the reaction is carried out again.
Nach vollständiger Reaktion wird das Harz gründlich mit DMF, Methanol, Dichlor- methan und Diethylether gewaschen und im Vakuum getrocknet. Das Peptid wird anschließend mit 1 ml Trifluoressigsäure (TFA) vom Harz abgespalten. Dabei werden gleichzeitig die säurelabilen Seitenketten- Schutzgruppen entfernt. Als Scavenger für die Beseitigung der dabei auftretenden reaktiven Intermediate wird ein Gemisch aus Thioa- nisol (Fluka) und Thiokresol (Fluka) im Verhältnis 1 :1 (v/v) verwendet. Bei Cys-, Met-, und Trp-haltigen Peptiden wird als Scavenger ein Gemisch aus Ethandithiol (Fluka) und Thiokresol (3:7 (v/v)) verwendet. Das Verhältnis von TFA zu Scavenger ist hierbei immer 9:1. Die in TFA gelösten Peptide werden durch Filtration vom polymeren Träger getrennt und durch eisgekühlten Diethylether ausgefällt. Durch Zentrifugation und mehrfaches Waschen mit gekühltem Diethylether erfolgt eine Trennung von Scavenger und Schutzgruppenfragmenten. Anschließend werden die Peptide im Vakuum getrocknet, in einem tert.-Butanol-Wasser-Gemisch gelöst und lyophilisiert. Befinden sich Met-Reste in der Peptidsequenz, empfiehlt sich eine anschließende Reduktion der z. T. zum Sulfoxid oxidierten Thioether-Seitenketten mit Trimethylbromsilan.'-12-' Die Nvoc-Gruppen verbleiben während der Abspaltung mit TFA und der anschließenden Aufarbeitung am Peptid. Auf diese Weise bleiben die Aminogruppen, die nach der Markierungsreaktion frei vorliegen sollen, weiterhin geschützt. Die zu modifizierende Aminogruppe liegt jetzt frei vor. Das Peptid kann nun mit Standard-Techniken analysiert und weiter gereinigt werden. Die Analyse erfolgte mittels HPLC (RP18-Säule mit Gradientenelution: Solvent A = 0,1 % TFA in aqua dest. und Solvent B = 0,08 % TFA in ACN) und Elektrospray-Massenspektroskopie (ESI-MS). Trotz einer gewissen Stabilität der Nvoc-Gruppe gegenüber Tageslicht und Raumbeleuchtung empfiehlt es sich, die Reaktionsgefäße abzudunkeln und eine direkte Sonneneinstrahlung zu vermeiden. After the reaction is complete, the resin is washed thoroughly with DMF, methanol, dichloromethane and diethyl ether and dried in vacuo. The peptide is then cleaved from the resin with 1 ml of trifluoroacetic acid (TFA). The acid-labile side chain protective groups are removed at the same time. A mixture of thioanisole (Fluka) and thiocresol (Fluka) in a ratio of 1: 1 (v / v) is used as the scavenger for the removal of the reactive intermediates that occur. In the case of peptides containing Cys, Met and Trp, a mixture of ethanedithiol (Fluka) and thiocresol (3: 7 (v / v)) is used as the scavenger. The ratio of TFA to scavenger is always 9: 1. The peptides dissolved in TFA are separated from the polymeric support by filtration and precipitated by ice-cooled diethyl ether. The scavenger and protective group fragments are separated by centrifugation and repeated washing with cooled diethyl ether. The peptides are then dried in vacuo, dissolved in a tert-butanol-water mixture and lyophilized. If there are Met residues in the peptide sequence, a subsequent reduction of the z. T. thioether side chains oxidized to sulfoxide with trimethyl bromosilane .'- 12 - 'The Nvoc groups remain on the peptide during the cleavage with TFA and the subsequent work-up. In this way, the amino groups that are to be freely available after the labeling reaction remain protected. The amino group to be modified is now freely available. The peptide can now be analyzed using standard techniques and further purified. The analysis was carried out using HPLC (RP18 column with gradient elution: solvent A = 0.1% TFA in distilled water and solvent B = 0.08% TFA in ACN) and electrospray mass spectroscopy (ESI-MS). Despite a certain stability of the Nvoc group against daylight and room lighting, it is advisable to darken the reaction vessels and avoid direct sunlight.
Ausführungsbeispiel 2:Example 2:
Synthese von Peptiden unter Verwendung von Aminosäuren, die in ihren Seitenketten photolabile Schutzgruppen enthaltenSynthesis of peptides using amino acids that contain photolabile protecting groups in their side chains
Das Peptid wird mittels Festphasenpeptidsynthese mit der orthogonalen Fmoc/tert.Butyl-Schutzgruppenstrategie im Milligramm-Maßstab (13,5 μmol) synthetisiert.'-5-1 Für die ε- Aminogruppen von Lys-Seitenketten, die bei der Markierungsreaktion noch geschützt und bei späteren biologischen Untersuchungen frei vorliegen sollen, werden bei der Synthese ausschließlich Lysinderivate mit photolabil geschützten Ami- nofunktionen verwendet. Diese Lysinderivate sind kommerziell nicht erhältlich und werden deshalb vor Beginn der Synthese zunächst extra dargestellt. Die Durchführung der Synthese eines Nε-Nvoc geschützten Lysinderivats ist in der Literatur (Rusiecki, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 1993) beschrieben. Derartige Peptide enthalten nach der Synthese nur noch eine freie Aminogruppe in Form des N-Terminus, welcher anschließend selektiv markiert werden kann.The peptide is synthesized by means of solid phase peptide synthesis with the orthogonal Fmoc / tert-butyl protective group strategy on a milligram scale (13.5 μmol) .'- 5 - 1 For the ε-amino groups of Lys side chains, which are still protected during the labeling reaction and later biological examinations are to be freely available, only lysine derivatives with photolabile protected amino functions are used in the synthesis. These lysine derivatives are not commercially available and are therefore shown separately before the start of the synthesis. The implementation of the synthesis of an N ε -Nvoc-protected lysine derivative is described in the literature (Rusiecki, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 1993). After synthesis, such peptides only contain a free amino group in the form of the N-terminus, which can then be selectively labeled.
Ausführungsbeispiel 3:Example 3:
Synthese von Peptiden unter Verwendung von Aminosäuren, deren Seitenketten photolabile Schutzgruppen enthalten und deren N-terminale Aminosäure am Nα- photolabil geschützt ist.Synthesis of peptides using amino acids whose side chains contain photolabile protective groups and whose N-terminal amino acid is protected at the N α - photolabile.
Die Synthese des Peptides erfolgt wie unter Ausführungsbeispiel 2 beschrieben, wobei die Markierung jedoch an einer Lys-Seitenkette erfolgt. Dazu wird der zu markierende Lysin-Rest nicht photolabil, sondern säurelabil geschützt eingesetzt. An Positionen mit Lysin-Resten, die während der Markierungsreaktion nicht modifiziert werden sollen, werden Nε-photolabil geschützte Lysinderivate verwendet wie unter Ausführungsbeispiel 2 beschrieben. Zum Schutz des N-Terminus wird jedoch im letzten Kupplungsschritt der Peptidsynthese (Position 1 in der Peptidsequenz) eine Nα-photolabil- geschützte Aminosäure verwendet. Diese Nα-photolabil geschützte Aminosäure wird analog zu Nε-photolabil geschütztem Lysin synthetisiert (Vossmeyer: Journal of applied physics 1998). Im folgenden sind einige weitere praktische Beispiele aufgeführt. Aufgrund deutlicher Vorteile und größerer Flexibilität wurde das in Ausführungsbeispiel 1 vorgestellte Verfahren angewandt.The peptide is synthesized as described in Example 2, but the labeling takes place on a Lys side chain. For this purpose, the lysine residue to be labeled is not used in a photolabile manner but in an acid-labile manner. At positions with lysine residues that are not to be modified during the labeling reaction, N ε -photolably protected lysine derivatives are used, as described in Example 2. To protect the N-terminus, however, an N α -photolabile-protected amino acid is used in the last coupling step of the peptide synthesis (position 1 in the peptide sequence). This N α -photolably protected amino acid is synthesized analogously to N ε -photolably protected lysine (Vossmeyer: Journal of applied physics 1998). Here are some more practical examples. Because of the clear advantages and greater flexibility, the method presented in exemplary embodiment 1 was used.
Ausführungsbeispiel 4: Darstellung von 3H-Propionyl-Lys4-NPY (3H-NPY)Embodiment 4: Representation of 3 H-propionyl-Lys 4 -NPY ( 3 H-NPY)
Das Neuropeptid Y (NPY) besteht aus 36 Aminosäuren und enthält neben dem N- Terminus eine freie Aminogruppe in der Lys -Seitenkette.1- 5] Es konnte gezeigt werden, dass ein freier N-Teminus für die volle biologische Aktivität erforderlich ist. Die Ami- nofunktion der Lys -Seitenkette kann dagegen ohne Verlust der Affinität zur Darstellung von Radioliganden modifiziert werden. ] Diese sind in Form von 123I-NPY und H-NPY- kommerziell (Amersham) erhältlich.The neuropeptide Y (NPY) consists of 36 amino acids and contains a free amino group in the Lys side chain in addition to the N-terminus. 1 - 5] It could be shown that a free N-Teminus is required for full biological activity. In contrast, the amino function of the Lys side chain can be modified without loss of affinity for the display of radioligands. ] These are commercially available in the form of 123 I-NPY and H-NPY (Amersham).
Zur Validierung der hier vorgestellten, auf Nvoc-basierenden Markierungsmethode und zum Vergleich mit bisher bekannten biologischen Daten von 3H-NPY wurde daher zunächst N-terminal Nvoc-geschütztes NPY synthetisiert und anschließend an der Lys4- Seitenkette durch Reaktion mit 3H-Propionyl-NHS-Ester radioaktiv markiert. Nach photochemischer Abspaltung der Nvoc-Gruppe und Aufreinigung durch- HPLC wurde das so dargestellte H-NPY in Bindungsassays mit dem kommerziell erhältlichen H- NPY verglichen.To validate the Nvoc-based labeling method presented here and to compare it with previously known biological data of 3 H-NPY, N-terminal Nvoc-protected NPY was therefore first synthesized and then on the Lys 4 side chain by reaction with 3 H-propionyl -NHS ester radiolabelled. After photochemical cleavage of the Nvoc group and purification by HPLC, the H-NPY thus represented was compared in binding assays with the commercially available H-NPY.
a) Synthese von Nα-Nvoc-geschütztem NPY (Nvoc-NPY)a) Synthesis of N α -Nvoc-protected NPY (Nvoc-NPY)
NPY (MW = 4253,7) wurde mittels automatisierter Festphasenpeptidsynthese hergestellt. Im Anschluss an die Synthese wurde der freie N-Terminus des am polymeren Träger befindlichen Peptids mit der photolabilen Nvoc- Schutzgruppe geschützt. Nachfolgend wurde das Peptid vom Harz abgespalten. Dabei wurden auch die säurelabilen Schutzgruppen entfernt. Das so erhaltene Rohpeptid wurde nach der Aufarbeitung analysiert und mittels präparativer HPLC gereinigt (Fig. 4). Das Vorhandensein der Nvoc- Schutzgruppe ist im DAD-Spektmm durch eine Absorption bei 350 nm erkennbar (Fig. 5). Durch die in Fig. 6 dargestellte ESI-MS Analyse konnte die berechnete molekulare Masse von Nvoc-NPY (MW = 4492,9) bestätigt werden: m/z = 749,9 [M+6H]6+ (berechnet: 749,8), 899,7 [M+5H]5+ (berechnet: 899,6), 1123,8 [M+4H]4+ (berechnet: 1124,2) und 1499,4 [M+3H]3+ (berechnet: 1498,6). Nach der Aufeinigung lag somit das gewünschte Produkt homogen und mit einer Reinheit von >99% vor. b) 3H-Markierung von Nα-Nvoc-NPY, Nvoc-Abspaltung und ReinigungNPY (MW = 4253.7) was generated using automated solid phase peptide synthesis. Following the synthesis, the free N-terminus of the peptide on the polymeric support was protected with the photolabile Nvoc protective group. The peptide was subsequently cleaved from the resin. The acid-labile protective groups were also removed. The crude peptide thus obtained was analyzed after working up and purified by means of preparative HPLC (FIG. 4). The presence of the Nvoc protective group can be recognized in the DAD spectrum by absorption at 350 nm (FIG. 5). The calculated molecular mass of Nvoc-NPY (MW = 4492.9) could be confirmed by the ESI-MS analysis shown in FIG. 6: m / z = 749.9 [M + 6H] 6+ (calculated: 749.8 ), 899.7 [M + 5H] 5+ (calculated: 899.6), 1123.8 [M + 4H] 4+ (calculated: 1124.2) and 1499.4 [M + 3H] 3+ (calculated : 1498.6). After cleaning, the desired product was homogeneous and with a purity of> 99%. b) 3 H labeling of N α -Nvoc-NPY, Nvoc cleavage and purification
Die freie Aminogruppe der Lys4-Seitenkette von Nvoc-NPY (9 μg, 2 nmol) wurde durch Umsetzung mit 100 μl N-Succinimidyl-[2,3- H]-propionat (1 nmol, 3,7 MBq) derivatisiert. Nach Bestrahlung mit UV-Licht und anschließender chromatographischer Trennung von nicht markierter überschüssiger Ausgangsverbindung (deren Retentions- zeit nach Nvoc-Abspaltung wieder der des unmodifizierten NPY entsprach) konnte ein Peak (Rt=32,7 min, Fraktionen 31-36) isoliert werden, dessen Retentionszeit mit der von „kalt"-propionyliertem NPY übereinstimmte (Fig. 7). Das an Lys -„kalt"- propionylierte NPY wurde zuvor nach Synthese von Lys4(Dde)-NPY, Abspaltung der Dde-Schutzgruppe und durch anschließende Reaktion mit Propionsäureanhydrid am Harz erhalten.The free amino group of the Lys 4 side chain of Nvoc-NPY (9 μg, 2 nmol) was derivatized by reaction with 100 μl N-succinimidyl [2,3-H] propionate (1 nmol, 3.7 MBq). A peak (R t = 32.7 min, fractions 31-36) was isolated after irradiation with UV light and subsequent chromatographic separation of the unlabeled excess starting compound (whose retention time after Nvoc cleavage again corresponded to that of the unmodified NPY) , the retention time of which coincided with that of "cold" -propionylated NPY (FIG. 7). The NPY on Lys - "cold" - propionylated was previously after synthesis of Lys 4 (Dde) -NPY, cleavage of the Dde protective group and by subsequent Obtained reaction with propionic anhydride on the resin.
Durch 3H-Messung von Aliquoten der gesammelten HPLC-Fraktionen wurde das Ra- dioaktivitätsprofil im ß-Counter bestimmt. Im HPLC-Chromatogramm und im Radioaktivitätsprofil ist bei den Fraktionen 31-36 ein Peak erkennbar, der 0,8 MBq an Radioaktivität enthielt (22 %) und somit dem gewünschten radioaktiv markierten Peptid ent- spricht (Fig. 8). Es kann daher davon ausgegangen werden, dass es sich um H- Propionyl-Lys4-NPY handelt.The radioactivity profile in the β-counter was determined by 3 H measurement of aliquots of the collected HPLC fractions. A peak can be seen in the HPLC chromatogram and in the radioactivity profile in fractions 31-36, which contained 0.8 MBq of radioactivity (22%) and thus corresponds to the desired radioactively labeled peptide (FIG. 8). It can therefore be assumed that it is H-propionyl-Lys 4 -NPY.
In kompetitiven Bindungsstudien an den Y-Rezeptoren Yl, Y2 und Y5 konnte identisches Verhalten im Vergleich zum kommerziell erhältlichen und ebenfalls an dieser Position markierten 3H-NPY festgestellt werden (Fig. 9). Die Durchführung der Bin- dungsassays erfolgte wie zuvor beschrieben. [5] In competitive binding studies on the Y receptors Y1, Y2 and Y5, identical behavior was found in comparison to the commercially available 3 H-NPY, which was also marked at this position (FIG. 9). The binding assays were carried out as previously described. [5]
Ausführungsbeispiel 5: Darstellung von 3H-Propionyl-Lys13-PTH(l-34)-amid (3H- PTH)Embodiment 5: Representation of 3 H-propionyl-Lys 13 -PTH (1-34) -amide ( 3 H-PTH)
Das Parathyroidhormon (PTH) (l-34)-amid (MW = 4116,8) enthält in freier Form neben seinem N-Terminus drei weitere Aminogruppen in Lys-Seitenketten (Lys13, Lys26 und Lys27). Weil dem N-Terminus und dem C-terminalen Bereich Bedeutung bei der Bindung .an den PTH-Rezeptor zugesprochen wird, wurde Lys zur Markierung ausgewählt.'171 a) Synthese von N° und Lys26'27-Nvoc-geschütztem PTH(l-34)-amid (Nvoc-PTH)The parathyroid hormone (PTH) (1-34) amide (MW = 4116.8) contains three other amino groups in free form in addition to its N-terminus in Lys side chains (Lys 13 , Lys 26 and Lys 27 ). Because the N-terminus and the C-terminal region are thought to be important for binding to the PTH receptor, Lys was selected for labeling. ' 171 a) Synthesis of N ° and Lys 26 '27 -Nvoc-protected PTH (1-34) -amide (Nvoc-PTH)
Die Synthese des Peptids erfolgte mittels automatisierter Festphasenpeptidsynthese. Dabei wurden für die Positionen 26 und 27 Dde- Seitenketten geschützte Lys-Derivate verwendet. Nach Abspaltung der Dde-Schutzgruppen wurden die Lys26'27- Aminogruppen und der N-Terminus gleichzeitig mit der Nvoc-Gruppe neu geschützt. Nach Abspaltung und Aufreinigung lag ein homogenes Produkt mit einer Reinlieit von >95% vor. (Fig. 10) Das Vorhandensein von drei Nvoc-Gruppen im Peptid (MW = 4836,4) konnte durch das DAD-Spektrum und ESI-MS bestätigt werden: m/z = 807,4 [M+6H]6+ (berechnet: 807,1), 968,6 [M+5H]5+ (berechnet: 968,3) und 1209,6 [M+4H]4+ (berechnet: 1210,1). (Fig. 11, 12)The peptide was synthesized using automated solid phase peptide synthesis. Protected Lys derivatives were used for positions 26 and 27 Dde side chains. After the Dde protecting groups had been split off, the Lys 26 '27 amino groups and the N terminus were newly protected simultaneously with the Nvoc group. After splitting off and purification, a homogeneous product with a purity of> 95% was present. (Fig. 10) The presence of three Nvoc groups in the peptide (MW = 4836.4) could be confirmed by the DAD spectrum and ESI-MS: m / z = 807.4 [M + 6H] 6+ (calculated : 807.1), 968.6 [M + 5H] 5+ (calculated: 968.3) and 1209.6 [M + 4H] 4+ (calculated: 1210.1). (Fig. 11, 12)
b) 3H-Markierung von Nα- und Lys26,27-Nvoc-geschütztem PTH(l-34)-amid, Nvoc-b) 3 H-labeling of N α - and amide Lys 26,27 -Nvoc-protected PTH (l-34), Nvoc-
Abspaltung und ReinigungSplitting off and cleaning
Die freie Aminogruppe der Lys13-Seitenkette von Nvoc-PTH(l-34)-amid (9,7 μg, 2 nmol) wurde mit N-Succinimidyl-[2,3- H]-propionat m Boratpuffer (pH = 8,0) umgesetzt. Nach Bestrahlung mit UV-Licht und anschließender chromatographischer Trennung von nicht markierter überschüssiger Ausgangsverbindung (deren Retentionszeit von 17,3 min nach der Nvoc-Abspaltung wieder der des unmodifizierten PTH(l-34)- amid entsprach) konnte ein Peak (Rt=19,8 min, Fraktion 19-23) isoliert werden, dessen Retentionszeit mit der von „kalt"-propionyliertem Lys13-PTH(l-34)-amid überein- stimmte (Fig. 13). Das an Lys -,,kalt"-propionylierte PTH(l-34)-amid wurde zuvor nach Synthese von Lys13(Dde)-PTH(l-34)-amid, Abspaltung der Dde-Schutzgruppe und durch anschließende Reaktion mit Propionsäureanhydrid am Harz erhalten. Das Radioaktivitätsprofil der gesammelten HPLC-Fraktionen wurde durch 3H-Messung von Aliquoten im ß-Counter bestimmt. Im HPLC-Chromatogramm und im Radioaktivitätsprofil ist bei den Fraktionen 19-23 ein Peak erkennbar, der 58,9'kBq an Radioaktivität enthielt und dem gewünschten radioaktiv markierten Peptid entspricht. (Fig. 14) Es kann daher davon ausgegangen werden, dass es sich hierbei um 3H-Propionyl-Lys13- PTH(l-34)-amid handelt.The free amino group of the Lys 13 side chain of Nvoc-PTH (1-34) amide (9.7 μg, 2 nmol) was treated with N-succinimidyl [2,3-H] propionate in borate buffer (pH = 8, 0) implemented. After irradiation with UV light and subsequent chromatographic separation of the unmarked excess starting compound (whose retention time of 17.3 min after the Nvoc cleavage again corresponded to that of the unmodified PTH (1-34) amide), a peak (R t = 19 , 8 min, fraction 19-23), the retention time of which matched that of "cold" propionylated Lys 13 -PTH (1-34) amide (FIG. 13). Propionylated PTH (1-34) amide was previously obtained after synthesis of Lys 13 (Dde) -PTH (1-34) amide, cleavage of the Dde protective group and subsequent reaction with propionic anhydride on the resin. The radioactivity profile of the collected HPLC fractions was determined by 3 H measurement of aliquots in the ß counter. In the HPLC chromatogram and in the radioactivity profile, a peak can be seen in fractions 19-23 which contained 58.9 ' kBq of radioactivity and corresponds to the desired radioactively labeled peptide. (Fig. 14) It can therefore be assumed that this is 3 H-propionyl-Lys 13 - PTH (1-34) amide.
In einer kompetitiven Bindungsstudie am PTH 1 -Rezeptor konnte durch einen ICso-Wert von 3,3 nM bei einer Radioligandkonzentration von 1 nM ein nahezu identisches Verhalten gegenüber unmarkiertem PTH(l-34)-amid nachgewiesen werden .(Fig. 15). Die Durchführung der Bindungsassays erfolgte wie zuvor beschrieben. ^ Damit konnte gezeigt werden, dass das an Position 13 markierte PTH(l-34)-amid selektiv markiert wurde, bioaktiv ist und als Radioligand eingesetzt werden kann.In a competitive binding study on the PTH 1 receptor, an ICso value of 3.3 nM at a radioligand concentration of 1 nM showed almost identical behavior towards unlabeled PTH (1-34) amide (Fig. 15). The The binding assays were carried out as previously described. This showed that the PTH (1-34) amide marked at position 13 was selectively marked, is bioactive and can be used as a radioligand.
Ausführungsbeispiel 6: Darstellung von N-terminal Nvoc-geschütztem Lys -hPPEmbodiment 6: Representation of N-terminal Nvoc-protected Lys -hPP
Die humane Sequenz des pankreatischen Polypeptids (hPP) weist nur durch den N- Terminus eine Aminogruppe auf. Da PP wie NPY zur gleichen Peptidfamilie gehört, wird auch dem N-Terminus des PP eine besondere Bedeutung bei der Bindung an den Y4-Rezeptor zugesprochen. Beim Design eines Radioliganden sollte er deshalb unmo- difiziert vorliegen. Aus diesem Grund wurde während der Peptidsynthese ein Lys-Rest in die nicht konservierte Position 4 eingeführt. Dort soll eine spätere radioaktive Markierung erfolgen.The human sequence of the pancreatic polypeptide (hPP) has an amino group only through the N-terminus. Since PP and NPY belong to the same family of peptides, the N-terminus of PP is also considered to be of particular importance in binding to the Y4 receptor. When designing a radio ligand, it should therefore be unmodified. For this reason, a Lys residue was introduced into the non-conserved position 4 during peptide synthesis. Later radioactive marking is to take place there.
a) Synthese von Nα-Nvoc-geschütztem Lys4-hPP (Nvoc-hPP)a) Synthesis of N α -Nvoc-protected Lys 4 -hPP (Nvoc-hPP)
Nach der Synthese von Lys -hPP (MW = 4180,9) wurde die N-terminale Aminogruppe des noch am Harz befindlichen Peptids durch die Nvoc-Gruppe neu geschützt. Nach Abspaltung, Aufarbeitung und Reinigung mittels präparativer HPLC lag ein homogenes Produkt mit einer Reinheit von >95%> vor. (Fig. 16) Das Vorhandensein der Nvoc- Gruppe im Peptid (MW = 4421,1) konnte durch die Absorption bei 350 nm im DAD- Spektrum und ESI-MS bestätigt werden: m/z = 738,5 [M+6H]6+ (berechnet: 737,9), 885,6 [M+5H]5+ (berechnet: 885,2), 1106,3 [M+4H]4+ (berechnet: 1106,3), 1474,0 [M+3H]3+ (berechnet: 1474,7) und 2212,4 [M+2H]2+ (berechnet: 2211,6). (Fig. 17, 18) After the synthesis of Lys-hPP (MW = 4180.9), the N-terminal amino group of the peptide still attached to the resin was newly protected by the Nvoc group. After splitting off, working up and cleaning by means of preparative HPLC, a homogeneous product with a purity of>95%> was present. (Fig. 16) The presence of the Nvoc group in the peptide (MW = 4421.1) could be confirmed by the absorption at 350 nm in the DAD spectrum and ESI-MS: m / z = 738.5 [M + 6H] 6+ (calculated: 737.9), 885.6 [M + 5H] 5+ (calculated: 885.2), 1106.3 [M + 4H] 4+ (calculated: 1106.3), 1474.0 [ M + 3H] 3+ (calculated: 1474.7) and 2212.4 [M + 2H] 2+ (calculated: 2211.6). (Fig. 17, 18)
Durch nach folgende Figuren wird die Erfindung und deren Ausführungsbeispiele näher erläutert, dabei zeigen:The invention and its exemplary embodiments are explained in more detail by the following figures, which show:
Fig. 1: Schematische Darstellung der Synthese von Nvoc-geschützten Peptiden mit einer freien Lys- SeitenketteFig. 1: Schematic representation of the synthesis of Nvoc-protected peptides with a free Lys side chain
Fig. 2: Schematische Darstellung der Synthese von Nvoc-geschützten Peptiden mit freiem N-TerminusFig. 2: Schematic representation of the synthesis of Nvoc-protected peptides with a free N-terminus
Fig. 3: Schematische Darstellung der selektiven radioaktiven Markierung einerFig. 3: Schematic representation of the selective radioactive labeling of a
Lys- Seitenkette eines Nvoc-geschützten Peptides und anschließende Nvoc-AbspaltungLys side chain of an Nvoc-protected peptide and subsequent Nvoc cleavage
Fig. 4: HPLC-Chromatogramm von N-terminal Nvoc-geschütztem NPYFig. 4: HPLC chromatogram of N-terminal Nvoc-protected NPY
(220 nm; Rt=21,3 min; Reinheit >99%)(220 nm; R t = 21.3 min; purity> 99%)
Fig. 5: DAD-Spektrum des HPLC-Chromatogramms von N-terminal Nvoc- geschütztem NPY aus Fig. 4. Im unteren Teil ist das DAD-Spektrum von 200-400 nm gezeigt, im oberen Teil ist die Absorption der Peptidbindungen bei 220 nm (obere Linie) und die Absorption Nvoc-Gruppe bei 350 nm (untere Linie) dargestellt.5: DAD spectrum of the HPLC chromatogram of N-terminal Nvoc-protected NPY from FIG. 4. The DAD spectrum of 200-400 nm is shown in the lower part, the absorption of the peptide bonds at 220 nm is shown in the upper part (top line) and the absorption Nvoc group at 350 nm (bottom line).
Fig. 6: ESI-MS von N-terminal Nvoc-geschütztem NPY.Fig. 6: ESI-MS of N-terminal Nvoc-protected NPY.
Fig. 7: HPLC-Chromatogramm des 3H-Markierungsansatzes von Nvoc-NPY nach UV-Bestrahlung. Der Peak mit der Retentionszeit von 30,3 min entspricht nach der Nvoc-Abspaltung wieder unmarkiertem NPY und der Peak bei 32,7 min entspricht 3H-Propionyl-Lys4-NPY.Fig. 7: HPLC chromatogram of the 3 H labeling approach of Nvoc-NPY after UV irradiation. The peak with the retention time of 30.3 min corresponds to unlabelled NPY after the Nvoc cleavage and the peak at 32.7 min corresponds to 3 H-propionyl-Lys 4 -NPY.
Fig. 8: Radioaktivitätsprofil der nach Markierung, Bestrahlung und HPLC vonFig. 8: Radioactivity profile of the after labeling, irradiation and HPLC
Nvoc-NPY erhaltenen Fraktionen (Fraktionen 20-40; Totvolumen vom Detektor bis zum Fraktionssammler ca. 1 min).Nvoc-NPY fractions obtained (fractions 20-40; dead volume from the detector to the fraction collector approx. 1 min).
Fig. 9: Bindungskurven des nach der Nvoc-Strategie erhaltenen 3H-Propionyl-Fig. 9: Binding curves of the 3 H-propionyl obtained according to the Nvoc strategy
Lys4-NPY mit unmarkiertem NPY als Kompetitor. Dargestellt sind die Verdrängungskurven an A) Yl -Rezeptor, B) Y2-Rezeptor und C) Y5-Rezeptor. Die bei einer Radioli- gandkonzentration von ! nM erhaltenen IC50- Werte befinden sich im Bereich von 1 bis 5 nM und verweisen somit wie das kommerziell erhältliche 3H-NPY auf ein nahezu identisches Bindungsverhalten von Radioligand und Kompetitor:Lys 4 -NPY with unlabelled NPY as competitor. The displacement curves at A) Yl receptor, B) Y2 receptor and C) Y5 receptor are shown. The one with a radioligand concentration of! IC 50 values obtained in the range from 1 to 5 nM and thus, like the commercially available 3 H-NPY, indicate an almost identical binding behavior of the radioligand and competitor:
Fig. 10: HPLC-Chromatogramm (220 nm) von N-terminal und Lys ' Nvoc- geschütztem PTH(l-34)-amid. (Rt=23,8 min, Reinheit >95%)Fig. 10: HPLC chromatogram (220 nm) of N-terminal and Lys' Nvoc-protected PTH (1-34) amide. (R t = 23.8 min, purity> 95%)
Fig. 11: DAD-Spektrum des HPLC-Chromatogramms von N-terminal undFig. 11: DAD spectrum of the HPLC chromatogram of N-terminal and
Lys26'27 Nvoc-geschütztem PTH(l-34)-amid aus Fig. 10. Im unteren Teil ist das DAD- Spektrum von 200-400 nm gezeigt, im oberen Teil ist die Absorption der Peptidbindungen bei 220 nm (obere Linie) und die Absorption der Nvoc-Gruppe bei 350 nm (untere Linie) dargestellt. Durch das Vorhandensein von drei Nvoc-Gruppen im Molekül ergibt sich für diese Gruppe hier bei gleichen Konzentrationen eine stärkere Absorption gegenüber Fig. 5.Lys 26 '27 Nvoc-protected PTH (l-34) amide in Fig. 10. In the lower part of the spectrum is shown DAD 200-400 nm, at the top of the absorption of the peptide bonds at 220 nm (upper line) and the absorption of the Nvoc group at 350 nm (bottom line). The presence of three Nvoc groups in the molecule results in a stronger absorption for this group compared to FIG. 5 at the same concentrations.
Fig. 12: ESI-MS von N-terminal und Lys26'27 Nvoc-geschütztem PTH(l-34)- amid.Fig. 12: ESI-MS of N-terminal and Lys 26 '27 Nvoc-protected PTH (l-34) - amide.
Fig. 13: HPLC-Chromatogramm des 3H-Markierungsansatzes von Nvoc-PTH(l-Fig. 13: HPLC chromatogram of the 3 H labeling batch of Nvoc-PTH (1-
34)-amid nach UV-Bestrahlung. Der Peak bei 17,2 min entspricht nach der Nvoc- Abspaltung aufgrund seiner Retentionszeit wieder dem unmarkierten PTH(l-34)-amid und der Peak bei 19,8 min 3H-Propionyl-Lys13-PTH(l-34)-amid.34) -amide after UV radiation. The peak at 17.2 min corresponds to the unlabeled PTH (1-34) amide after the Nvoc cleavage due to its retention time and the peak at 19.8 min corresponds to 3 H-propionyl-Lys 13 -PTH (1-34) - amide.
Fig. 14: Radioaktivitätsprofil der nach Markierung, Bestrahlung und HPLC vonFig. 14: Radioactivity profile of the after labeling, irradiation and HPLC
Nvoc-PTH(l-34)-amid erhaltenen Fraktionen (Fraktionen 10-27; Totvolumen vom Detektor bis zum Fraktionssammler ca. 1 min).Nvoc-PTH (1-34) -amide fractions obtained (fractions 10-27; dead volume from the detector to the fraction collector approx. 1 min).
Fig. 15: Bindungskurve des nach der Nvoc-Strategie erhaltenen H-Propionyl-15: Binding curve of the H-propionyl obtained according to the Nvoc strategy
1 ^1 ^
Lys -PTH(l-34)-amid am PTHl-Rezeptor mit unmarkiertem PTH(l-34)-amid als Kompetitor. Der bei einer Radioligandkonzentration von 1 nM erhaltene ICso-Wert von 3,3 nM weist auf ein nahezu identisches Bindungsverhalten von Radioligand und Kompetitor hin.Lys -PTH (1-34) amide on the PTHI receptor with unlabeled PTH (1-34) amide as competitor. The IC 50 value of 3.3 nM obtained at a radioligand concentration of 1 nM indicates an almost identical binding behavior of the radioligand and competitor.
Fig. 16: HPLC-Chromatogramm (220 nm) von N-terminal Nvoc-geschütztemFig. 16: HPLC chromatogram (220 nm) of N-terminal Nvoc-protected
Lys4-hPP. (Rt=24,5 min, Reinheit >95%) Fig. 17: DAD-Spektrum des HPLC-Chromatogramms von N-terminal Nvoc- geschütztem Lys -hPP aus Fig. 16. Im unteren Teil ist das DAD-Spektrum von 200- 400 nm gezeigt, im oberen Teil ist die Absorption der Peptidbindungen bei 220 nm (obere Linie) und die Absorption der Nvoc-Gruppe bei 350 nm (untere Linie) dargestellt.Lys 4 -hPP. (R t = 24.5 min, purity> 95%) FIG. 17: DAD spectrum of the HPLC chromatogram of N-terminal Nvoc-protected Lys-hPP from FIG. 16. The DAD spectrum of 200-400 nm is shown in the lower part, the absorption of the peptide bonds is shown in the upper part 220 nm (upper line) and the absorption of the Nvoc group at 350 nm (lower line) are shown.
Fig. 18: ESI-MS von Nα-Nvoc-Lys4-hPP. Figure 18: ESI-MS of N α -Nvoc-Lys 4 -hPP.
Literaturverzeichnis :Bibliography :
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AbkürzungsverzeichnisList of abbreviations
Im Text und in den Figuren werden folgende Abkürzungen verwendet:The following abbreviations are used in the text and in the figures:
2-C1-Z- 2-Chlorobenzyloxycarbonyl2-C1-Z-2-chlorobenzyloxycarbonyl
ACN AcetonitrilACN acetonitrile
Boc- tert.Butoxycarbonyl-Boc- tert-butoxycarbonyl-
Bzl Benzyl-Bzl Benzyl
DAD Dioden-Array-DetektorDAD diode array detector
DCM DichlormethanDCM dichloromethane
Dde- l-(4,4-Dimethyl-2,6-dioxocyclohex-l-ylidene)ethyl-Dde- l- (4,4-dimethyl-2,6-dioxocyclohex-l-ylidenes) ethyl
DIC N, N-Di-isopropyl-carbo-di-imidDIC N, N-di-isopropyl-carbo-di-imide
DIPEA N, N-Di-isopropyl-ethyl-aminDIPEA N, N-di-isopropyl-ethyl-amine
DMF N, N-DimethylformamidDMF N, N-dimethylformamide
ESI-MS Elektrospray-Ionisation MassenspektrometrieESI-MS electrospray ionization mass spectrometry
Fmoc- (9-Fluoro-enyl)methoxycarbonyl- geb gebundenFmoc- (9-fluoro-enyl) methoxycarbonyl-bound
H TritiumH tritium
HF Fluorwasserstoff, FlusssäureHF hydrogen fluoride, hydrofluoric acid
HOBt 1-Hydroxy-benzotriazolHOBt 1-hydroxy-benzotriazole
HPLC High Performance Liquid Chromatography ivDde- l-(4, 4-dimethyl-2,6-dioxocyclohex-l-yliden)-3-methylbutyl-HPLC High Performance Liquid Chromatography ivDde- l- (4, 4-dimethyl-2,6-dioxocyclohex-l-ylidene) -3-methylbutyl-
K LysinK lysine
Bq Becquerel m MasseBq Becquerel m mass
Mmt 4-Methoxytrityl-Mmt 4-methoxytrityl
Mtt 4-Methyltrityl-Mtt 4-methyltrityl
NHS N-HydroxysuccinimidNHS N-hydroxysuccinimide
Nα Stickstoff der α-AminogruppeN α nitrogen of the α-amino group
Nε Stickstoff der ε-Aminogruppe (z. B. in Lysin)N ε nitrogen of the ε-amino group (e.g. in lysine)
NPY Neuropeptid YNPY neuropeptide Y
Nvoc Nitroveratryloxycarbonyl P ProlinNvoc nitroveratryloxycarbonyl P proline
PP pankreatisches PolypeptidPP pancreatic polypeptide
PTH Para-Thyroid-HormonPTH para-thyroid hormone
S SerinS serine
SG SchutzgruppeSG protection group
T polymerer TrägerT polymeric carrier
TIS Triisopropylsilan tBu : tert.-ButylTIS triisopropylsilane tBu: tert-butyl
TFA Trifluoressigsäure (Trifluoro-acetic acid)TFA trifluoroacetic acid
Tfa TrifluoracetylTfa trifluoroacetyl
UV UltraviolettUV ultraviolet
X beliebige AminosäureX any amino acid
Y TyrosinY tyrosine
Z- Benzyloxycarbonyl-Z- benzyloxycarbonyl
Die verwendeten Drei-und Einbuchstaben-Codes der Aminosäuren entsprechen den Vorschlägen der IUPAC-IUB-Kommission für biochemische Nomenklatur. The three- and one-letter codes of the amino acids used correspond to the proposals of the IUPAC-IUB Commission for biochemical nomenclature.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur selektiven Markierung von Aminogruppen in Peptiden, wobei ein Peptid durch chemische Festphasen-Peptidsynthese aus Aminosäurenbausteinen an einem Trägermaterial aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, dass a.) bei der Peptidsynthese, an mindestens einer zu markierenden Position ein Aminosäurebaustein eingebaut wird, der eine Aminogruppe trägt, die durch eine Gruppe geschützt ist, die sich funktionell von den Schutzgruppen an den nicht zu markierenden Aminogruppen unterscheidet, b.) im Anschluss an die Peptidsynthese die Schutzgruppe an der zu markierenden Position selektiv entfernt und das Peptid vom Trägermaterial gelöst, c.) in das so erhaltene selektiv-entschützte Peptid in Lösung an der zu markierenden Position über aminoreaktive Substanzen eine Markierung eingeführt wird, d.) anschließend die Schutzgruppen an den nicht zu markierenden Aminogruppen abgespalten werden und das so erhaltene selektiv markierte Peptid in bekannter Weise gereinigt wird.1. A method for the selective labeling of amino groups in peptides, wherein a peptide is built up by chemical solid-phase peptide synthesis from amino acid components on a support material, characterized in that a.) In the peptide synthesis, an amino acid component is incorporated at at least one position to be labeled carries an amino group which is protected by a group which differs functionally from the protective groups on the amino groups which are not to be labeled, b.) after the peptide synthesis, selectively removes the protective group at the position to be labeled and the peptide is detached from the support material, c .) a mark is introduced into the selectively deprotected peptide thus obtained in solution at the position to be labeled via amino-reactive substances, d.) the protective groups on the amino groups which are not to be labeled are subsequently cleaved off and the selectively labeled peptide thus obtained is purified in a known manner becomes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Peptidsynthese die nicht zu markierenden Aminogruppen, photolabile Schutzgruppen tragen. '2. The method according to claim 1, characterized in that in the peptide synthesis, the amino groups not to be labeled carry photolabile protective groups. '
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Peptidsynthese die nicht zu markierenden Aminogruppen, zunächst hydrazinlabile Schutzgruppen oder Schutzgruppen tragen, die mit einer verdünnten Säure, wie 1 Vol. % Trifluoressigsäure (TFA) in Dichlormethan (DCM), abspaltbar sind. 3. The method according to claim 1, characterized in that in the peptide synthesis, the amino groups not to be labeled, initially carry hydrazine-labile protective groups or protective groups which can be split off with a dilute acid, such as 1% by volume trifluoroacetic acid (TFA) in dichloromethane (DCM) ,
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgruppen aller nicht zu markierenden Aminogruppen im Anschluss an die Peptidsynthese und vor dem Ablösen des Peptids vom Trägermaterial selektiv entfernt werden und die nicht zu markierenden Aminogruppen mit photolabilen Schutzgruppen neu geschützt werden und das Peptid anschließend vom festen Trägermaterial abgelöst wird.4. The method according to claim 3, characterized in that the protective groups of all amino groups which are not to be labeled are selectively removed after the peptide synthesis and before the peptide is detached from the support material and the amino groups which are not to be labeled are newly protected with photolabile protective groups and the peptide is then subsequently is detached from the solid support material.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass' die bei der Peptidsynthese eingesetzten Aminosäurebausteine an den nicht zu markierenden Aminogruppen, basen-labile Schutzgruppen, vorzugsweise 9-Fluoro-enyl)methoxycarbonyl- (Fmoc)-Gruppen, tragen, nach dem Einbau jedes nicht zu markierenden Aminosäurebausteins, die basenlabile Schutzgruppe abgespalten wird und die nicht zu markierende Aminogruppe mit photolabilen Schutzgruppen neu geschützt wird.5. The method according to claim 1, characterized in that 'the amino acid building blocks used in the peptide synthesis on the non-labeled amino groups, base-labile protective groups, preferably 9-fluoro-enyl) methoxycarbonyl (Fmoc) groups, after installation each amino acid component that is not to be labeled, the base-labile protective group is split off and the amino group that is not to be labeled is newly protected with photolabile protective groups.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Synthese die zu markierenden Aminogruppen Schutzgruppen, vorzugsweise tert.Butoxycarbonyl- (Boc)-Gruppen, tragen, die nicht mit verdünnten Säuren, wie 1 Vol. % TFA in DCM, aber bei hohen Säurekonzentrationen, wie über 50 Vol % TFA in DCM, abspaltbar sind.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that in the synthesis, the amino groups to be labeled carry protective groups, preferably tert-butoxycarbonyl (Boc) groups, which do not contain dilute acids such as 1% by volume TFA in DCM, but can be split off at high acid concentrations, such as over 50 vol% TFA in DCM.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die photolabilen Schutzgruppen vom ort 20-Nitrobenzyltyp, vorzugsweise Nitroveratryloxycarbonyl- (Nvoc)-Gruppen, sind.7. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the photolabile protecting groups are of the 20-nitrobenzyl type, preferably nitroveratryloxycarbonyl (Nvoc) groups.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrazin- labilen Schutzgruppen Dioxocyclohexyliden- Verbindungen, vorzugsweise l-(4,4-Dimethyl-2,6-dioxocyclohex-l-yliden)ethyl- (Dde) oder l-(4, 4-dimethyl-2,6-dioxocyclohex-l-yliden)-3-methylbutyl- (ivDde) Gruppen, sind. 8. The method according to claim 3, characterized in that the hydrazine-labile protective groups dioxocyclohexylidene compounds, preferably 1- (4,4-dimethyl-2,6-dioxocyclohex-1-ylidene) ethyl (Dde) or 1- (4th , 4-dimethyl-2,6-dioxocyclohex-l-ylidene) -3-methylbutyl (ivDde) groups.
. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass -die mit einer verdünnten Säure abspaltbaren Schutzgruppen Tritylverbindungen, vorzugsweise 4-Methoxytrityl- (Mmt) oder 4-Methyltrityl- (Mtt) Gruppen, sind., A method according to claim 3, characterized in that the protecting groups which can be split off with a dilute acid are trityl compounds, preferably 4-methoxytrityl (Mmt) or 4-methyltrityl (Mtt) groups.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung ein radioaktives Isotop ist.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the label is a radioactive isotope.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als aminoreaktive Substanzen N-Hydroxysuccinimid-(NHS)-Ester verwendet werden.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that N-hydroxysuccinimide (NHS) esters are used as amino-reactive substances.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Markierung ein radioaktiver NHS-Ester, vorzugsweise N-Succinimidyl-[2,3-3H]- propionat, verwendet wird.12. The method according to claim 11, characterized in that a radioactive NHS ester, preferably N-succinimidyl- [2,3- 3 H] - propionate, is used for labeling.
13. Verwendung von Peptiden, in denen alle nicht zu markierenden Aminogruppen durch Schutzgruppen, vorzugsweise photolabile Schutzgruppen, geschützt sind und mindestens eine zu markierende Aminogruppe ungeschützt vorliegt, zur Herstellung eines selektiv radioaktiv markierten Peptides. 13. Use of peptides in which all amino groups which are not to be labeled are protected by protective groups, preferably photolabile protective groups, and at least one amino group to be labeled is unprotected for the production of a selectively radioactively labeled peptide.
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