Bedeutung zyklischer Peptide und Rolle von Verunreinigungen
Zyklische Peptid-Medikamente und ihre Bedeutung
Zyklische Peptide sind eine Klasse von Molekülen, die aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften, einschließlich hoher Stabilität, Zielspezifität, erhöhter Wirksamkeit und Zellpermeabilität, große Aufmerksamkeit in der Arzneimittelentwicklung erregt haben. Zyklische Peptide sind Polypeptidketten mit einer zyklischen Ringstruktur, die aus 5–14 Aminosäuren mit einem Molekulargewicht von etwa 500 bis 2000 Da besteht. Die Ringstruktur kann gebildet werden, indem ein Ende des Peptids und das andere mit einer Amidbindung oder anderen chemisch stabilen Bindungen wie Lacton, Ether, Thioether, Disulfid usw. verbunden werden.
Die Zyklisierung der Peptidsequenz trägt dazu bei, effizienter an ihre jeweiligen Rezeptoren zu binden. Die zyklische Struktur von Peptiden bietet eine große Oberfläche für die Interaktion mit der Zielstelle. Zyklische Peptid-Arzneimittel sind gegenüber einer enzymatischen Hydrolyse unempfindlich, da sie keine freien Amino- und Carboxylenden aufweisen, was ihre Stabilität verbessert. Normalerweise zeigen zyklische Peptide aufgrund der Konformationsstruktur eine bessere biologische Aktivität im Vergleich zu ihren linearen Gegenstücken und ermöglichen so eine verstärkte Bindung an Zielmoleküle oder eine höhere Selektivität durch den Rezeptor.
Einige zyklische Peptid-Medikamente umfassen Daptomycin, Telavancin, Dalbavancin, Lanreotide, Octreotid, Linaclotid, Plecanatid, Romidepsin, Vasopressin, Oxytocin und Calcitonin. Viele zyklische Peptidmedikamente stammen aus natürlichen Quellen wie Cyclosporin A, Bactenecin, Lactocyclin und mehr. Mittlerweile werden jedoch biotechnologisch hergestellte, synthetische zyklische Peptid-Medikamente immer häufiger eingesetzt.
Wie synthetisiert man zyklische Peptide?
Die Synthese zyklischer Peptide umfasst die Festphasen-Peptidsynthese (SPPS). Bei dieser Methode erfolgt die Peptidsynthese linear, immobilisiert auf einer Harzperle mit einem Disulfid-Linker oder anderen chemisch stabilen Bindungen wie Lacton, Ether und Thioether. Nach der linearen Peptidbildung werden mögliche Schutzgruppen abgespalten und die Peptide durch Zugabe einer Base freigesetzt. Darüber hinaus greift die Deprotonierung der N-terminalen Thiolgruppe den Disulfid-Linker zwischen dem Peptid und dem Harz bei der intramolekularen Zyklisierung an, wodurch das gewünschte zyklische Peptid entsteht.
Insgesamt erfordert die Synthese zyklischer Peptide eine sorgfältige Kontrolle der Schutzgruppen, Kopplungsreagenzien und Reaktionsbedingungen, um hohe Ausbeuten und Reinheit sicherzustellen.
Techniken zur Synthese zyklischer Peptide
Bei der Herstellung zyklischer Peptidverbindungen kommen verschiedene Techniken zum Einsatz: • Kombinatorische Chemie • De-novo-Synthese. • Chemoselektive ligationsvermittelte Cyclisierung
Abhängig von der Cyclisierung sind die Methoden zur Synthese zyklischer Peptide Kopf-an-Schwanz, Seitenkette-an-Seitenkette, Kopf-an-Seitenkette und Seitenkette-an-Schwanz. Die Cyclisierung von Seitenketten-Aminosäuren erfolgt unter Bildung einer Disulfidbrücke zwischen Cystein. Darüber hinaus erfolgt die Rückgrat-zu-Rückgrat-Cyclisierung durch die Bildung von Amidbindungen zwischen N-terminalen und C-terminalen Aminosäureresten.
Darüber hinaus gibt es andere zyklische Peptide wie bizyklische/trizyklische Peptide und gestapelte zyklische Peptide. Bizyklische Peptide sind wirksame Enzyminhibitoren, und geheftete Peptide erleichtern die Penetration von Peptidzellen und nutzen Vernetzer zur Verbesserung der physiochemischen Eigenschaften.
Verunreinigungen in zyklischen Peptid-Medikamenten
Bei der Synthese zyklischer Peptide können Verunreinigungen entstehen. Bei den API-bedingten Verunreinigungen handelt es sich um Verkürzungen, Modifikationen funktioneller Gruppen, Insertion oder Deletion von Aminosäuren, Oxidationen oder Reduktion funktioneller Gruppen, Aggregate und unvollständige Entschützung. Bei der Reinigung verwendete chromatographische Medien und Lösungsmittel können ebenfalls zur Entstehung von Verunreinigungen in zyklischen Peptidarzneimitteln beitragen. Abbauprodukte entstehen durch Veränderungen des über einen längeren Zeitraum gelagerten Arzneimittels oder durch Einwirkung von Licht, Temperatur, Wasser oder Reaktionen auf Hilfsstoffe. Um die Sicherheit und Wirksamkeit zyklischer Peptidarzneimittel zu gewährleisten, ist es wichtig, Verunreinigungen während der Synthese- und Reinigungsverfahren zu kontrollieren und zu minimieren.
Allgemeine Peptidverunreinigungen wie N-Ac-Verunreinigung, Desamidierung am Gln, Asn-Reste, Desamidierung am C-Terminus, Trisulfidverunreinigung, Cyanoalanice @ Asn-Rest, Des-Gly und Endo-Gly der terminalen Aminosäuren sind in zyklischen Peptiden häufig zu. Abbaupeptide und andere verkürzte Peptide sind ebenfalls eine Hauptklasse von Verunreinigungen in diesen zyklischen Peptiden.
Neben der oben beschriebenen Art von Verunreinigungen werden in zyklischen Peptiden häufig auch andere Verunreinigungen wie parallele und antiparallele Dimere gebildet.
- Seq: Cys(1)-Tyr-Phe-Gln-Asn-Cys(6)-Pro-Arg-Gly-CONH2 (Schwefelbindung zwischen Cysteinen)
- Parallele Dimere: 1,1', 6,6'
- Antiparallele Dimere: 1,6',1',6
- Seq: H-Asn-Asp-Glu-Cys(4)-Glu-Leu-Cys(7)-Val-Asn-Val-Ala-Cys(12)-Thr-Gly-Cys(15)-Leu-OH(4-12), (7-15)-bis(disulfide)
- Parallele Dimere: 4,4', 7,7', 12,12', 15,15';
- Antiparallele Dimere: 4,7',4',7, 12,15', 12',15; oder 4,12',4',12,7,15',7',15 oder 4,15',4',15, 7,12',7',12
- Seq: H-Cys(1)-Cys(2)-Glu-Tyr-Cys(5)-Cys(6)-Asn-Pro-Ala-Cys(10)-Thr-Gly-Cys(13)-Tyr- OH (3 Disulfidbrücken zwischen 1-6, 2-10 und 5-13 der Cysteine)
