Ring-Opening of Acetylated Cyclic Peptoids under Acidic Conditions

Abstract

Cyclic peptidomimetics have been considered as attractive molecular probes in drug discovery and chemical biology. Compared to linear peptoids, cyclic peptoids possess increased conformational rigidity and relatively pre-organized structures, and thus could bind more tightly to the target proteins without a major entropy loss. Moreover, they often have improved cell permeability and proteolytic stability. Despite these advantages, cyclic petoids have a major problem in the determination of their sequences from screening studies, even though, linear peptoids can be easily sequenced by tandem mass spectrometry or Edman degradation. To overcome this problem, the conversion of cyclic peptoids to linear ones prior to sequencing should be necessary. In our previous study, we reported that the terminal unit of the acetylated linear peptoids were truncated with the treatment of TFA. Inspired by the scission of acetylated peptoids, we designed a novel method for the macro-lactamization and opening of acetylated cyclic peptoids under acidic conditions. We systematically studies on the site-specific ring opening of acetylated cyclic peptoids, which could rationalize the ring size and randomic sequence and identify the influence of first unit. The acetylated cyclic peptoids could be sequenced by MS/MS by the ring-opening strategy. A library of cyclic peptoids was prepared using one bead one-compound method, and applicability of the ring-opening strategy is under investigation. This strategy can be a new chemical tool for combinatorial chemistry, drug discovery and chemical biology.;펩타이드(peptide)는 체내에서 호르몬이나 항생제의 작용과 생물체의 물질대사과정에 관여하는 중요한 역할을 한다. 게다가 단백질에 대해서 강한 결합력과 선택성을 가지는 화학적 도구이므로 단백질의 기능을 밝히는 새로운 tool이 될 수 있다. 그러나 세포 투과성이 낮고 단백질 가수분해에 쉽게 분해된다는 치명적인 단점 때문에 의약품으로 활용되기엔 한계가 있다. 따라서 이를 보완할 수 있는 펩타이드 모방체로 '펩토이드(peptoid)'를 제시하였다. 펩토이드는 기존 펩타이드의 단점을 극복하고 다양한 구조와 기능적인 특징을 조합해 이차구조, 다합체를 이루고 분자 수송, 나노 물질로서 이용된다. 게다가 다양한 아민을 사용할 수 있어 다양성을 가지며 고체상에서 쉽게 합성할 수 있다. 그 중에서도 생리활성을 띄는 자연유래 펩타이드의 형태가 대부분 고리형이라는 점에 착안하여 '고리형 펩토이드'에 주목하였다. 이는 구조적 경직성으로 단백질과의 결합력, 선택성, 신진대사에서 안정도가 높다는 장점을 가진다. 또한 아세틸 기를 포함하면 세포 투과성이 커지고 유기금속 반응에서 촉매의 독성으로부터 저항력이 생겨 더욱 약물로서 잠재력이 높아진다. 그러나 고리형 펩토이드는 앞뒤가 정해져 있지 않아 일반적인 서열 분석방법인 tandem mass spectrometry로 서열을 분석할 수 없다는 문제점이 있다. 이로 인해 단백질에 작용한 특정 펩토이드의 구조를 규명할 수 없기 때문에 고리형을 서열을 분석할 수 있는 선형으로 전환하는 것이 매우 중요하다. 이에 아세틸 그룹을 포함한 고리형 펩토이드를 산 조건하에서 위치 선택적으로 고리를 여는 연구를 진행하였다. 고리크기의 변화, 여러가지 서열 및 단위체의 영향을 파악하는 실험을 통해 고리가 특정 위치에서만 끊어져 서열분석이 가능함을 확인하였다. 마지막으로, 연구를 실제 스크리닝에서 화학 도구로 사용될 수 있는지 확인하기 위해 라이브러리를 합성하고 hit peptoid를 찾아 서열을 분석하였다.