Name: synthesis of information-bearing peptoids and their sequence-directed dynamic covalent self-assembly
Uploaded: 2020-02-06T13:00:00
Duration: 9 min 34 s
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Ce travail a été soutenu par le Département de l’énergie des États-Unis, Office of Science, Basic Energy Sciences, dans le cadre de l'#DESC0012479. S.C.L. reconnaît le soutien du National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program et A.F.A. reconnaît le soutien de la Abu Dhabi National Oil Company (ADNOC).

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Les auteurs n’ont rien à révéler.

La technique décrit ici l’assemblage covalent dynamique des oligomères peptoïdes porteurs d’information, où l’information est codée dans la séquence de leurs groupes de pendentifs. L’utilisation d’un monomère amine protégé par Alloc en conjonction avec un monomère d’aldéhyde acétal protégé par l’éthylène permet une déprotection orthogonale, permettant à Alloc de se déprotection sur la perle et la déprotection acétale in situ lors de la réaction d’auto-assemblage, assurant ainsi que les séquences synthétisées ne réagissent pas prématurément avant la purification et la caractérisation de l’oligomère. Fait important, la synthèse en phase solide est effectuée à l’aide d’une résine photolabile pour permettre le clivage oligomère de la perle sous irradiation de lumière UV ou violette, empêchant la déprotection prématurée du groupe protecteur acide-labile à base d’acétal à base d’éthylène. Plusieurs autres systèmes de déprotection pourraient être envisagés. Par exemple, nous avons d’abord employé des groupes de protection à double acide-labile (Boc-amine et éthylène acétate-aldéhyde) avec l’intention d’une déprotection in situ par un acide fort suivi d’une neutralisation pour permettre à la réaction d’auto-assemblage de se poursuivre; cependant, cette approche a eu comme conséquence la génération immédiate de précipiter sur l’addition de base. Alternativement, la protection de l’amine avec un groupe de protection photolabile, 2-(2-nitrophenyl)propoxycarbonyl (NPPOC), a été envisagée pendant que l’aldéhyde pourrait être sélectivement déprotectedtisé sur le traitement avec l’acide trifluoacetic (TFA) avant la purification. Malheureusement, la photolyse in situ du groupe de protection avec la lumière UV n’a pas permis la déprotection quantitative, même en présence de photosensiizers et après des périodes d’irradiationprolongées 25. Trimethylsilylethoxycarbonyl (c.-à-d., Teoc) peut être employé comme groupe protecteur d’amine et est sujet au clivage sur le traitement avec des triflates en métal de terre rare ; cependant, la déprotection quantitative de Teoc exige des charges de triflate de métal de terre rare beaucoup plus élevées que cela nécessaire pour la déprotection acétale d’éthylène. Pour ce protocole, Teoc-amines peut être utilisé, mais la concentration d’acide Lewis doit être ajustée en conséquence que la déprotection sous-quantitative des mines pourrait s’avérer problématique pour les grandes structures auto-assemblées. Les groupes fonctionnels aliphatiques ont été brièvement considérés, mais la déprotection des aldéhydes aliphatiques exige des conditions dures qui tronquent des séquences peptoïdes32,33.
L’incorporation de Neee et de Nma comme résidus d’espaceur inertes sert à améliorer la solubilité des oligomères et à permettre le marquage de masse facile des oligomères précurseurs pour permettre l’identification facile des espèces générées par spectroscopie de masse. De plus, compte tenu de la conformation « brin » de peptoïdes où les segments d’épine dorsale adjacents adoptent des états de rotation opposés pour former un oligomère linéaire et sans torsion34,35, des séquences incorporant des résidus d’espaceurs dynamiques et inertes en alternance facilitent une structure dans laquelle les groupes de pendentifs réactifs sont orientés dans la même direction. Compte tenu de la polyvalence de la méthode submonomère, une grande et diversifiée bibliothèque d’amines primaires peut être utilisée pour modifier davantage les oligomères peptoïdes, mais peut nécessiter des ajustements au protocole pour maintenir une efficacité de couplage élevé.
Tandis que les oligo (peptoïdes) peuvent être synthétisés manuellement dans un récipient de réaction en verre19,l’automatisation du processus diminue le temps pour chaque ajout de résidus de plusieurs heures à une demi-heure. En outre, l’automatisation diminue la quantité de déchets de monomères et de lavage des solvants, particulièrement souhaitable lors de l’utilisation de monomères d’amine primaires qui ne sont pas disponibles dans le commerce. Bien que le clivage Alloc des résidus d’amine protégée soit une réaction efficace, l’oxydation du palladium peut entraîner une déprotection incomplète. Par conséquent, il est suggéré de tester le clivage d’une partie de la résine et de caractériser l’étendue de la déprotection avec ESI-MS. Pour les clivages d’essai, 30 min sous 405 nm d’irradiation libère suffisamment de peptoïde pour la spectrométrie de masse. La déprotection partielle peut être limitée avec l’utilisation de conditions anaérobies ou la répétition de la réaction de déprotection.
Alors que cet article se concentre sur Sc(OTf)3 en tant que réactif multirôle, d’autres triflates métalliques de terres rares, tels que le triflate d’ytterbium, ont été montrés pour servir de médiateur avec succès l’assemblage orienté vers l’information des échelles moléculaires. Notamment, Sc(OTf)3 est le plus acide Lewis des triflates métalliques de terres rares; ainsi, en raison de la capacité catalytique réduite offerte par d’autres triflates métalliques de terre rare24,36, de plus grands équivalents peuvent être exigés pour effectuer la déprotection acétale d’éthylène complète et la dissociation de brin. Le nombre d’équivalents requis peut être déterminé avec la spectrométrie de masse MALDI en observant le point où les brins se dissocient complètement. La dissociation est essentielle dans le processus d’auto-assemblage et est analogue à la fonte des brins d’acide nucléique à température élevée. L’extraction subséquente du catalyseur permet la formation et la perturbation d’appariements covalents dynamiques propulsant l’assemblage de duplex spécifiques à la séquence. Cette annexion progressive des brins oligomériques contourne le piégeage cinétique (qui, pour les échelles moléculaires, peut produire des espèces hors registre ou des séquences incorrectement paires) vécu par d’autres méthodes.
Le chloroforme est un excellent solvant car la séparation de phase dans le chloroforme/acétonitrile/système ternaire d’eau utilisé ici favorise l’extraction partielle de l’acide de Lewis sans avoir pour résultat la précipitation des structures auto-assemblées37. En outre, le chloroforme est l’un des rares solvants qui favorise la formation d’imine tout en maintenant la solubilité de l’échelle moléculaire. Des traces de duplex hors registre et mal appariés peuvent souvent être observées en raison de la nature dynamique du système. Bien que ce système ne soit en grande partie pas affecté par la faible variation des concentrations de triflate métallique de terres rares lors de l’extraction, à l’occasion, l’extraction insuffisante de catalyseurs génère une part importante d’hybridation incomplète et d’accouplements d’oligomères non spécifiques. Dans ce cas, il est généralement préférable de se dissocier d’abord avec un autre 1,5 équivalents de catalyseur, puis d’extraire une deuxième fois plutôt que de réextraire immédiatement, comme la dissociation complète des brins simples est essentielle au processus. Pour assembler simultanément plusieurs échelles moléculaires encodées par l’information, il peut être nécessaire d’augmenter la concentration de la solution de stock de triflate métallique de terre rare utilisée pour maintenir des équivalents et un volume de réaction total.
Bien que ces auto-assemblages soient principalement caractérisés par la spectrométrie de masse, d’autres techniques, y compris le transfert d’énergie par résonance de fluorescence (FRET), sont possibles. Les limites comprennent la quantité de matériel nécessaire, l’abordabilité des monomères et le rapport signal-bruit. Les techniques nécessitant des solvants, telles que 1H RmN, peuvent en outre souffrir d’insolubilité des structures auto-assemblées. En outre, les concentrations de triflate métallique de terres rares après l’extraction peuvent être déterminées par des méthodes telles que ICP-MS ou 19F NMR avec une norme interne.
Au fur et à mesure que les progrès vers un meilleur contrôle des nanostructures et des matériaux macro- et supramoléculaires progressent, le défi de concevoir et de fabriquer des assemblages réguliers, mais modifiables, se pose. Le protocole décrit dans ce rapport fournit une voie pour réaliser de telles nanostructures par des assemblages séquence-sélectifs par des interactions covalentes dynamiques.

Les progrès de l’auto-assemblage, le processus par lequel les petites sous-unités génèrent des architectures plus grandes par des voies thermodynamiques, ont permis un meilleur contrôle sur les nanostructures macro- et supramoléculaires généralement en exploitant les interactions intermoléculaires telles que l’empilage et la liaison d’hydrogène1,2,3,4. En particulier, les acides nucléiques (c.-à-d. polynucléotides) sont apparus comme des nano-réseaux de nanoconstruction remarquablement polyvalents, car la forte densité d’information fournie par l’appariement de base Watson-Crick permet l’assemblage de structures complexes et sélectives par séquence4,5. Alors que la faible résistance inhérente de ces liaisons intermoléculaires transitoires permet le réarrangement des sous-unités et la correction des erreurs, les structures qui en résultent sont souvent sensibles à la dégradation thermique et mécanique6. En revanche, les interactions covalentes dynamiques7,8,9, une classe de réactions covalentes de formation de liaison qui sont réversibles ou réarrangeables dans des conditions douces et ont récemment été employées pour produire des macromolécules complexes telles que des échelles10,11,12,13, cages14,15,16, et les piles17, offrent l’augmentation des forces obligataires et des structures robustes. Malheureusement, la capacité de réarrangement et de vérification des erreurs est diminuée par les taux relativement faibles de réarrangement de ces espèces covalentes, ce qui réduit leur capacité d’auto-assemblage dans les produits désirés18. Pour faire face à ce piégeage cinétique, des catalyseurs ou des conditions de réaction difficiles sont souvent utilisés en conjonction avec de simples blocs de construction. Ici, nous rapportons un processus qui contourne le piégeage cinétique pour permettre l’auto-assemblage des échelles moléculaires à partir d’oligomères spécifiques à la séquence où l’hybridation est dirigée par l’information codée dans les séquences de résidus d’oligomères.
Compte tenu de leur accessibilité synthétique, poly (n-substitutde glycine) (c.-à-peptoïdes) sont utilisés comme précurseurs oligomériques à partir desquels les échelles moléculaires sont assemblés19. Les peptoïdes sont des isores structurels de peptides dans lesquels des groupes de pendentifs sont fixés à l’azote transmis par l’épine dorsale au lieu d’être couplés avec le carbone20. À l’aide de la synthèse en phase solide, le placement exact des groupes de pendentifs covalents dynamiques le long de la chaîne peptoïde est facilement réalisé, permettant la conception d’oligomères précurseurs qui peuvent s’assembler en structures supramoléculaires complexes21.
Le réarrangement covalent dynamique de la connectivité imine est employé dans cette procédure car la réaction de condensation imine-génératrice fournit un moyen commode de caractériser l’auto-assemblage par spectrométrie de masse car chaque liaison formée a comme conséquence une réduction de masse de 18 g/mol22. En outre, l’équilibre entre les réactifs d’amine et d’aldéhyde et le produit d’imine peut être varié en modifiant la concentration acide. Plus précisément, les triflates métalliques de terres rares sont utilisés pour affecter l’équilibre, et en outre déprotéger les aldéhydes acétal-protégés par l’éthylène23,24,25. A noter, le triflate scandium est déjà couramment utilisé dans le domaine de l’auto-assemblage covalent dynamique, y compris son récent succès dans la synthèse des cadres organiques covalents (COF) à température ambiante26,27. En outre, la solubilité contrastée des séquences oligo (peptoïde) et du triflate métallique de terre rare permet le contrôle de l’équilibre par l’extraction liquide-liquide. Le processus signalé utilise ce contrôle pour contourner les barrières cinétiques empêchant l’auto-assemblage dirigé par l’information.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1,4-Dioxane</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>D1114</td>
			<td>Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-(4-Hydroxyphenylazo)benzoic acid (HABA)</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>54793</td>
			<td>Matrix substance for MALDI-MS; &#8805;99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-(2-Aminoethyl)aniline</td>
			<td>Ontario Chemicals</td>
			<td>A2076</td>
			<td>98%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-Cyanobenzaldehyde</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>049317</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-Methylpiperidine</td>
			<td>TCI America</td>
			<td>P0445</td>
			<td>&#8805;98.0%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-Toluenesulfonyl chloride</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>BR1703</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL High Performance Centrifuge Tubes</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>21008-240</td>
			<td>Centrifuge Tubes used for automated synthesizer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetic acid</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A38-212</td>
			<td>Glacial</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetic anhydride</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A10</td>
			<td>Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetonitrile</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>34851</td>
			<td>For HPLC; Gradient grade; &#8805;99.9%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>All-plastic Norm-Ject syringes</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>S7510-10</td>
			<td>Luer-Slip Syringe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Allyl chloroformate</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>221741000</td>
			<td>97%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bromoacetic acid</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A14403</td>
			<td>&#8805;98.0%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloroform</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>288306</td>
			<td>Anhydrous; &#8805;99%; Contains 0.5-1.0% ethanol as stabilizer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloroform-d</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>AC320690075</td>
			<td>For NMR; 99.8 atom % D; Packaged in 0.75 ml ampoules</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichlorodimethylsilane</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>1133100</td>
			<td>&#8805;99.0%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloroethane</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>E175</td>
			<td>Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloromethane</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>D37-4</td>
			<td>Stabalized; Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diethyl ether</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>615080010</td>
			<td>Anhydrous; ACS reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diethylene glycol monoethyl ether</td>
			<td>TCI America</td>
			<td>E0048</td>
			<td>&#8805;99.0%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Decon Labs</td>
			<td>2701</td>
			<td>200 Proof; Anhydrous</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethylene glycol</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>E178</td>
			<td>Certified</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fmoc-Photolabile SS resin</td>
			<td>CreoSalus</td>
			<td>SA50785</td>
			<td>100-200 mesh; 1% DVB</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass Peptide Vessel</td>
			<td>Chemglass</td>
			<td>CG-1866-02</td>
			<td>Solid Phase, T-Bore PTFE Stpk, Vacuum, Medium Frit, GL 25 Thread</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LC-6AD HPLC pumps</td>
			<td>Shimadzu Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED 405nm</td>
			<td>ThorLabs</td>
			<td>M405L2-C1</td>
			<td>405 nm LED used for photocleavage of peptoid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED Driver</td>
			<td>ThorLabs</td>
			<td>LEDD1B</td>
			<td>Driver for LED light used in photocleavage of peptoid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liberty Blue Automated Peptide Synthesizer</td>
			<td>CEM Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithium aluminum hydride</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>199877</td>
			<td>Powder; Reagent grade; 95%; CAUTION: Mildly pyrophoric, handle under inert gas and protect from moisture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luna C18 analytical RP-HPLC column</td>
			<td>Phenomenex</td>
			<td>00G-4252-E0</td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luna C18 prepatory RP-HPLC column</td>
			<td>Phenomenex</td>
			<td>00G-4253-P0-AX</td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A412</td>
			<td>Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microliter Syringe</td>
			<td>Hamilton Company</td>
			<td>80700</td>
			<td>Cemented Needle (N)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N&#39;-Diisopropylcarbodiimide (DIC)</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>M02889</td>
			<td>&#8805;99.0%; CAUTION: DIC is hazardous to eyes, skin, via respiratory inhalation, and may cause skin sensitization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N-Dimethylformamide</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>319937</td>
			<td>ACS reagent; &#8805;99.8%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitric acid</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A200-212</td>
			<td>Certified ACS Plus</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrogen gas</td>
			<td>Cryogenic Gases</td>
			<td></td>
			<td>Contents under pressure, may explode if heated</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phenylsilane</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>S13600</td>
			<td>97%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prominence SPD-10A UV/vis Detector</td>
			<td>Shimadzu Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>p-Toluenesulfonic acid monohydrate</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>402885</td>
			<td>ACS reagent; &#8805;98.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scandium(III) triflate</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>009343</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Single-use Needle</td>
			<td>Exel International</td>
			<td>26420</td>
			<td>18G x 1 1/2&#8243;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium azide</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>094448</td>
			<td>99%; CAUTION: NaN3 may react with lead and copper which results in the formation of highly explosive metal azides. It is acutely toxic and fatal if swallowed or in contact with skin.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium bicarbonate</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S233</td>
			<td>Powder; Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S318-100</td>
			<td>Pellets; Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium sulfate</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S421-500</td>
			<td>Anhydrous; Granular; Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe Filter 0.45 &#181;m</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>28145-497</td>
			<td>PTFE, Syringe Filters with Polypropylene Housing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrahydrofuran</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>T397</td>
			<td>Certified</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrakis(triphenylphosphine) palladium(0)</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>034279</td>
			<td>98%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Toluene</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>T324</td>
			<td>Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triphenylphosphine</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>037818</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis of information-bearing peptoids and their sequence-directed dynamic covalent self-assembly

Ce protocole présente l’utilisation de réactifs multirôles acides Lewis pour contourner le piégeage cinétique observé lors de l’auto-assemblage de brins oligomériques codés par l’information-encodé négociés par des interactions covalentes dynamiques jumelées d’une manière imitant le cycle thermique couramment employé pour l’auto-assemblage des séquences d’acide nucléique complémentaires. Les monomères primaires d’amine portant l’aldéhyde et les moieties de pendentif d’amine sont fonctionnalisés avec des groupes de protection orthogonale pour l’usage comme paires covalentes dynamiques de réactif. À l’aide d’un synthétiseur de peptide automatisé modifié, les monomères d’amine primaires sont codés en brins d’oligo (peptoïde) par synthèse de submonomer de phase solide. Lors de la purification par chromatographie liquide haute performance (HPLC) et de la caractérisation par spectrométrie de masse d’ionisation électrospray (ESI-MS), les oligomères spécifiques à la séquence sont soumis à une charge élevée d’un triflate métallique acidulé de terre rare Lewis qui déproforme les moiéties d’aldéhyde et affecte l’équilibre de la paire réciproce de telle sorte que les brins se dissocient complètement. Par la suite, une fraction de l’acide DeLewis est extraite, permettant l’annexion de brins complémentaires spécifiques à la séquence pour former des échelles moléculaires codées par l’information assistée par la spectrométrie de masse de dessorption/ionisation du laser assistée par matrice (MALDI-MS). La procédure simple décrite dans ce rapport contourne les pièges cinétiques couramment expérimentés dans le domaine de l’assemblage covalent dynamique et sert de plate-forme pour la conception future d’architectures robustes et complexes.

Pour démontrer la capacité des peptoïdes codés d’information à subir l’auto-assemblage covalent dynamique séquence-sélectif dans les échelles moléculaires, un brin représentatif, H2N-[Npam-Neee-Npal-Neee]2-Npam-Nma, a été synthétisé et hybridé avec sa séquence peptoïde complémentaire. Les monomères Npam et Npal (caractérisées par 1H RmN (500 MHz), Figure 1) ont été employées comme paires de réactifs covalents dynamiques avec Neee facilitant la solubilité des produits auto-assemblés finaux. En outre, l’incorporation du monomère Nma disponible dans le commerce permet une différenciation de masse entre les deux séquences complémentaires. À la fin de la synthèse de submonomer de phase solide, le groupe d’Alloc a été enlevé avec (PPh3)4. Avant et après la déprotection, des parties de la résine étaient clivées sous 405 nm de lumière et caractérisées par ESI-MS (figure 2). La séquence a été purifiée par la préparation HPLC, lyophilisée pour obtenir une poudre blanc cassé, et la pureté confirmée par HPLC analytique (Figure 3). L’oligo (peptoïde) a ensuite été hybridé avec sa séquence complémentaire, H2N-[Npal-Neee-Nam-Neee]2-Npal, pour se permettre une échelle d’enregistrement confirmée par MALDI-MS (Figure 4).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60442/60442fig1a.jpg"> Figure 1 : Schémas synthétiques Monomer et 1spectres H-NMR. (A) Schémas synthétiques Monomer avec réactifs et conditions : (i) chloroformate allié, 10% acide acétique aqueous, 1,4-dioxane, température ambiante, nuit; (ii) éthylène glycol, acide toluène-p-sulfonique, toluène, reflux, nuit; (iii) LiAlH4, anhydre Et2O, 0 oC pendant 4 h puis température ambiante pendant 12 h; (iv) chlorure de tosyle, THF, 0 oC; (v) NaN3, DMF, 60 oC, 36 h; (vi) triphenylphosphine, THF, nuit. (B) Monomer 1spectres H-NMR (500 MHz, CDCl3): (i) 4-(2-aminoethyl)-N-(allylcarbonyloxy)phenylamine (Npam); (ii) 4-(1,3-dioxacyclopent-2-yl)benzylamine (Npal); (iii) 2-(2-ethoxyethoxy)ethylamine (Neee). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60442/60442fig1alarge.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60442/60442fig2.jpg"> Figure 2 : Synthèse et déprotection d’un oligo (peptoïde) spécifique à une séquence. (A) Structures de H2N-[Npam-Neee-Npal-Neee]2-Npam-Nma avant et après l’élimination du groupe Alloc-protection avec le spectre de masse ESI d’accompagnement (B). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60442/60442fig2alarge.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60442/60442fig3a.jpg"> Figure 3 : Purification et caractérisation d’un peptoïde codé par l’information. (A) chromatogramme HPLC de la purification du brin par HPLC préparatif avec un gradient linéaire d’acétonitrile (MeCN) et d’eau: (1) 30% MeCN, 0.1-2.1 min; (2) 30-95% MeCN, 2.1-16.1 min; (3) 95 % MeCN, 16,1-23,1 min; (4) 95 % MeCN, 23,1-26,1 min. Les pics i et ii correspondent à une réaction de faible poids moléculaire, principalement les espèces DIC-uréa, et les espèces d’oligomeric, y compris le produit désiré, respectivement. (B) Chromatogramme analytique De Plc et (C) spectre de masse ESI de H2N-[Npam-Neee-Npal-Neee]2-Npam-Nma après lyophilisation. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60442/60442fig3large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60442/60442fig4.jpg"> Figure 4: Auto-assemblage de H2N-[Npam-Neee-Npal-Neee]2-Npam-Nma et sa séquence complémentaire, H2N-[Npal-Neee-Nam-Neee]2-Npal. (A) Structures des deux séquences et de l’assemblage séquence-conduit résultant. (B) Spectre de masse MALDI de l’échelle moléculaire après l’annexion à température ambiante pendant la nuit. Masses: attendu [M-Na]- 3306,7, trouvé 3306.0; [M-1 imine'Na]- 3324,7, trouvé 3323,9; [M-2 imine 'Na]- 3342,7, trouvé 3342,8; attendu [M-2 imine 'CH3OH’H]' 3352.8, trouvé 3352.0. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60442/60442fig4large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Information-bearing Peptoids and their Sequence-directed Dynamic Covalent Self-assembly at JoVE.com

Synthesis of Information-bearing Peptoids and their Sequence-directed Dynamic Covalent Self-assembly

Un protocole est présenté pour la synthèse d’oligomères peptoïdes codés par l’information et pour l’auto-assemblage séquencé de ces peptoïdes en échelles moléculaires utilisant des amines et des aldéhydes comme paires de réactifs covalentes dynamiques et Lewis acidité de la terre rare les trigoles métalliques en tant que réactifs multirôles.

Synthèse de Peptoïdes porteurs d’informations et de leur auto-assemblage dynamique covalent dirigé par séquence

This protocol presents the use of Lewis acidic multi-role reagents to circumvent kinetic trapping observed during the self-assembly of information-encoded ...

Ce protocole permet l’assemblage informatisé de séquences oligomériques par des interactions covalentes dynamiques, imitant véritablement l’hybridation séquence sélective des acides nucléiques, mais avec une force de liaison interstrand accrue. Les assemblages covalents dynamiques sont généralement limités à des architectures simples en raison de leur capacité limitée de réarrangement des liaisons et de correction des erreurs. En revanche, en augmentant le long de la concentration d’un acide Lewis pour affecter la dissociation des liaisons et catalyser par la suite le réarrangement des liaisons, cette technique atténue les limites cinétiques répandues de piégeage des systèmes d’auto-assemblage.Cette méthode pourrait être utilisée dans une variété de domaines qui utilisent des réactions de réarrangement des liaisons covalentes, des cadres organiques covalents avec des taux de défaut exceptionnellement faibles aux interfaces tissulaires biomatériales qui sont capables de s’adapter et de s’adapter au remodelage continu du substrat tissulaire. Lors de l’exécution de cette technique pour la première fois, les individus peuvent trouver des assemblages kinétiquement piégés, même après des temps d’annealage prolongés. Nous conseillons aux utilisateurs pour la première fois de tenter des hybridations entre oligomers portant exclusivement de l’aldéhyde et exclusivement des résidus d’amine, en simplifiant les informations codées et donc l’hybridation.Pour commencer cette procédure, pesez 0,125 grammes de résine de soutien solide photolabile FMOC et ajoutez-la à un récipient de réaction de synthétiseur automatisé fritté. Insérez le récipient dans la partie micro-ondes du synthétiseur. Remplissez la bouteille principale de solvant avec DMF et la bouteille de dépprotection avec une solution de 20%4-méthylpiperidine dans DMF et videz les déchets.Ensuite, préparez une solution molaire d’acide bromoacétique et de DIC en DMF avec des volumes totaux de 1,5 millilitres pour chaque résidu dans l’ordre et 0,47 millilitres d’anhydride acétique à 4,53 millilitres de DMF pour faire une solution de plafonnement de cinq millilitres. Préparez 0,5 solution molaire de chaque amine primaire à utiliser dans le PNM. Le volume total de chaque solution devrait être de 2,5 millilitres pour chaque résidu de l’amine primaire appropriée plus 2,5 millilitres supplémentaires.Ajoutez toutes les solutions au collecteur de synthétiseur automatisé. À l’aide d’un synthétiseur peptidique automatisé, gonflez la résine, fendez le groupe FMOC et effectuez la réaction de déplacement décrite dans le protocole textuel. Après cela, saliniser les murs d’un récipient de réaction en verre fritté équipé d’un robinet d’arrêt à trois sens en le remplissant vers le haut avec une solution de 5%dichlorodimethylsilane en DCE.Laissez reposer pendant 30 minutes, puis égouttez le récipient et lavez-le avec du DCE et du méthanol. Une fois le récipient sec, transférez-lui la résine. Lavez la résine trois fois avec du DCM à l’aide de cinq millilitres pour chaque lavage tout en bouillonnant de gaz azoté à travers un bras et en tirant le vide avec un autre.Sécher et conserver la résine et l’oligopeptoid attaché jusqu’à ce que la dépprotection et le clivage. Lorsqu’elle est prête à continuer, gonflez la résine si elle a été stockée pendant plus d’une journée en la bouillonnant de cinq millilitres de DMF pendant 10 minutes. Égoutter le récipient et ajouter une petite barre magnétique et trois millilitres de DCM sec au récipient en verre peptidique.Pesez 0,1 équivalent du catalyseur de palladium et 25 équivalents de phénylésilane par groupe alloc. Utilisez une pince pour positionner le récipient de réaction à un angle au-dessus de la plaque de remue-remuer de sorte que la résine subit une légère agitation tout en restant suspendue dans le solvant et capuchon du navire pour empêcher le DCM de s’évaporer. Après une heure, filtrer la solution et laver la résine trois fois avec DCM à l’aide de cinq millilitres par lavage.Ensuite, répétez la dépprotection alloc une fois de plus. Ensuite, rincez la résine séquentiellement avec du méthanol et du DCM deux fois et transférez la résine et la barre magnétique à remuer sur un flacon de 20 millilitres. Submergez la résine dans DMF, remuer et fendre comme indiqué dans le protocole de texte.Ensuite, utilisez un filtre seringue pour séparer l’oligopeptoid libéré de la résine et enlever le solvant sous vide. Reconstituer les peptoïdes dans un mélange 50-50 d’eau et d’acétyonitrile et purifier avec hplc préparatif de phase inversée. Mélanger les fractions purifiées, puis congeler et les lyophiliser pour donner une poudre blanche.Analyser la poudre avec la spectrométrie de masse ESI et MALDI. Pour évaluer la pureté, effectuez hplc analytique des oligopeptoids purifiés. Tout d’abord, préparer des solutions de stock de 10 millimolaires de chaque séquence oligopeptoid utilisé pour l’auto-assemblage et une solution de stock de 10 millimolaires de triflate de scandium dans l’acétyonitrile anhydre.Ajouter 20 microlitres de chaque solution de bouillon peptoïde à un flacon de trois millilitres équipé d’une barre magnétique. Ajouter 1,5 équivalent de la solution de triflate de scandium par liaison potentielle d’amine de la solution de stock et ajouter assez d’eau et d’acetonitrile pour former 200 microlitres d’une solution d’eau et d’acétyonitrile de 2%. Remuer délicatement à 70 degrés Celsius pendant deux heures pour la déptection de l’aldéhyde en acétyl et la dissociation de tous les brins.Après cela, chargez le flacon avec 200 microlitres de chloroforme et deux millilitres d’eau. Agiter doucement le flacon. Laisser reposer le mélange pendant au moins 15 minutes.Lors de la séparation complète de la phase, extraire la couche organique à l’aide d’une seringue microlitre. Transférer la couche organique sur un nouveau flacon et remuer à 70 degrés Celsius pour l’annealage oligomer qui prend généralement six heures. Pour démontrer la capacité des peptoïdes codés par l’information à subir l’auto-assemblage covalent dynamique séquence-sélectif dans des échelles moléculaires, un brin représentatif est synthétisé et hybridé avec sa séquence peptoïde complémentaire.Les monomères NPAM et NPAL sont utilisés comme paires dynamiques de réaction covalentes avec NEEE qui aident à la solubilité des produits auto-assemblés finaux. Une fois la synthèse du submonomer en phase solide terminée, le groupe alloc est supprimé. Avant et après la dépprotection, des parties de la résine ont été fendées sous la lumière de 405 nanomètres et caractérisées par la spectrométrie de masse d’ionisation d’électrospray.La séquence est purifiée par hplc de préparation, puis lyophilisée pour réaliser une poudre blanc éteint et la pureté est confirmée avec HPLC analytique. L’oligopeptoid est par la suite hybridé avec sa séquence complémentaire pour se permettre une échelle d’enregistrement confirmée par MALDI-MS. Lors de l’exécution de cette procédure, n’oubliez pas de laisser suffisamment de temps pour les couches complètement séparées jusqu’à ce que la fraction aqueuse devienne transparente, au moins 15 minutes pour assurer une extraction suffisante du catalyseur.Après avoir terminé cette procédure d’assemblage, la spectrométrie de masse doit être effectuée pour déterminer l’étendue de l’hybridation. En outre, la spectrométrie de masse de plasma inductivement couplée ou le NMR de fluor peut être employé pour évaluer la concentration de scandium post-extraction. Bien que cette technique ait été récemment mise au point, nous prévoyons que l’approche biomimétique décrite dans nos travaux jouera un rôle déterminant dans la direction de la conception future et de l’assemblage de nanostructures complexes dirigées par l’information.Plusieurs des reagents utilisés ici sont dangereux. S’il vous plaît faire preuve de prudence lors de la manipulation de ces produits chimiques ou tout autre. Portez tout l’équipement de protection individuelle et effectuez toutes les expériences à l’intérieur d’une hotte de fumée.

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