Пептидная библиотека

Пептидная библиотека — это инструмент для изучения белков . Пептидные библиотеки обычно содержат большое количество пептидов, которые имеют систематическую комбинацию аминокислот . Обычно для создания пептидной библиотеки используется твердофазный синтез, например, смола в качестве плоской поверхности или шариков. Пептидные библиотеки — популярный инструмент для экспериментов по разработке лекарств , белок-белковым взаимодействиям и другим биохимическим и фармацевтическим приложениям.

Синтетические пептидные библиотеки синтезируются без использования биологических систем, таких как фаг или трансляция in vitro. ^{[1] [2]} Существует по крайней мере пять подтипов синтетических пептидных библиотек, которые отличаются друг от друга дизайном библиотеки и/или методом, используемым для синтеза библиотеки. Подтипы включают:

• Перекрывающиеся библиотеки пептидов — в которых весь более крупный белок используется для создания библиотеки пептидов из 8–20 аминокислот, которые перекрываются; эти библиотеки можно использовать для идентификации конкретных областей более крупного белка, которые участвуют в данном взаимодействии, или для предоставления предварительно переваренных версий более крупного белка для связывания.
• Библиотеки укороченных пептидов, в которых данный пептид производится с различными или всеми укороченными N- или C-концами; эти меньшие фрагменты можно использовать для идентификации минимально необходимой области пептида для данного изучаемого взаимодействия.
• Случайные библиотеки — случайно сгенерированные пептиды заданной длины или диапазона длин, которые можно использовать для идентификации новых партнеров по связыванию интересующей мишени.
• Библиотеки сканирования аланина — в которых каждая аминокислота данного белка или пептида последовательно заменяется аланином таким образом, что каждый пептид содержит только одну мутацию аланина, но присутствуют все возможные мутации в аланин; это можно использовать для идентификации критических остатков для связывания
• Позиционные или перемешанные библиотеки пептидов — в которых определенные позиции в пептиде заменяются на многие или все другие аминокислоты, так что можно проверить влияние каждой аминокислоты в этой позиции в пептиде на связывание или другую активность пептида. Перемешанные библиотеки часто представляют собой случайные пептиды и используются в качестве отрицательного контроля. ^[3]

Твердофазный пептидный синтез ограничен длиной пептидной цепи приблизительно в 70 аминокислот и, как правило, не подходит для изучения более крупных белков. Многие библиотеки используют пептидные цепи намного короче 70 аминокислот. Для 20 кодируемых аминокислот в максимально 70 позициях это приводит к верхнему пределу в 20 ⁷⁰ , или более 10 квиндециллионов (1x10 ⁹¹ ), возможных комбинаций, не учитывая потенциальное использование аминокислот с посттрансляционными модификациями или аминокислот, не кодируемых в генетическом коде, таких как селеноцистеин и пирролизин . Пептидные библиотеки обычно охватывают только часть этого разнообразия, выбираемую в зависимости от потребностей эксперимента, например, сохраняя некоторые аминокислоты постоянными в определенных позициях.

Большие случайные библиотеки пептидов часто используются для синтеза определенных пептидных молекул, таких как сверхбольшие химические библиотеки для открытия высокоаффинных пептидных связующих. ^[4] Любое увеличение размера библиотеки серьезно влияет на параметры, такие как масштаб синтеза, количество членов библиотеки, деконволюция последовательности и выяснение структуры пептида. Чтобы смягчить эти технические проблемы, алгоритмически поддерживаемый подход к проектированию пептидной библиотеки может использовать молекулярную массу и разнообразие аминокислот для упрощения трудоемкой идентификации перестановок в сложных смесях при использовании масс-спектрометрии. Этот подход используется для того, чтобы избежать избыточности массы. ^[5]

Компании-производители биологических реагентов, такие как Pepscan, ^[6] ProteoGenix, ^[7] Mimotopes, ^[8] GenScript и многие другие, производят индивидуальные библиотеки пептидов. ^[9]

Пример

Пептидная цепь длиной 10 остатков используется в нативном химическом лигировании с более крупным рекомбинантно экспрессированным белком.

• Остаток 1: аланин
• Остаток 2: один из глутамина , глицина , аргинина , глутаминовой кислоты , серина или метионина
• Остаток 3: любая из 20 аминокислот
• Остаток 4: ацетиллизин
• Остаток 5: аланин
• Остаток 6: изолейцин
• Остаток 7: аспарагиновая кислота
• Остаток 8: фенилаланин
• Остаток 9: ацетиллизин
• Остаток 10: аргинин с карбокситерминальным тиоэфиром

При наличии 7 возможностей для остатка 2 и 20 возможностей для остатка 3 общее количество полипептидов в библиотеке составит 140. ${\displaystyle 20\times 7}$

Эта библиотека пептидов будет полезна для анализа эффекта посттрансляционной модификации ацетилирования на лизин , которая нейтрализует положительный заряд. Наличие библиотеки различных пептидов в остатках 2 и 3 позволит исследователю увидеть, делает ли какое-либо изменение химических свойств в N-концевом хвосте лигированного белка белок более полезным или полезным другим способом.

Ссылки

1. Зеенко, Владимир В.; Ван, Чуанпин; Маджумдер, Миту; Комар, Антон А.; Снайдер, Мартин Д.; Меррик, Уильям К.; Кауфман, Рэндал Дж.; Хатцоглу, Мария (март 2008 г.). «Эффективная система трансляции in vitro из клеток млекопитающих, лишенная трансляционного ингибирования, вызванного фосфорилированием eIF2». РНК . 14 (3): 593–602. doi :10.1261/rna.825008. ISSN  1355-8382. PMC  2248251. PMID  18230759 .
2. Беверидж, Ребекка; Штадльманн, Йоханнес; Пеннингер, Йозеф М.; Мехтлер, Карл (2020-02-06). «Библиотека синтетических пептидов для сравнительного анализа поисковых систем сшивки и масс-спектрометрии для белков и белковых комплексов». Nature Communications . 11 (1): 742. Bibcode :2020NatCo..11..742B. doi :10.1038/s41467-020-14608-2. ISSN  2041-1723. PMC 7005041 . PMID  32029734. 
3. Poh CL, Lalani S (январь 2021 г.). «Стратегии выявления и разработки противовирусных пептидов». Витамины и гормоны . 117. Academic Press: 17–46. doi :10.1016/bs.vh.2021.06.008. ISBN 9780323907316. PMID  34420580. S2CID  237269893.
4. Quartararo AJ, Gates ZP, Somsen BA, Hartrampf N, Ye X, Shimada A и др. (июнь 2020 г.). «Сверхбольшие химические библиотеки для открытия высокоаффинных пептидных связующих». Nature Communications . 11 (1): 3183. Bibcode : 2020NatCo..11.3183Q. doi : 10.1038/s41467-020-16920-3 . PMC 7311396. PMID  32576815 . 
5. Калафатович Д., Мауша Г., Тодоровски Т., Жиральт Э. (март 2019 г.). «Проект библиотеки случайных пептидов, поддерживаемый алгоритмами, ориентированный на разнообразие масс и последовательностей». Журнал химинформатики . 11 (1): 25. doi : 10.1186/s13321-019-0347-6 . PMC 6437963. PMID  30923940 . 
6. Цвинкельс Дж. «Пользовательские пептидные библиотеки». Пепскан . Проверено 21 июля 2022 г.
7. "Перекрывающиеся пептидные библиотеки". ProteoGenix . Получено 2024-02-12 .
8. "Перекрытие - Пептидные библиотеки - Пептиды, Синтез пептидов, Пептидная библиотека, Пользовательские пептиды". www.mimotopes.com . Получено 2024-02-12 .
9. "Peptide Library services". www.genscript.com . Архивировано из оригинала 2022-03-14 . Получено 2022-07-21 .

Дальнейшее чтение

• Пептидная библиотека на pbcpeptide.com ^{[ мертвая ссылка ]}