Σύνθεση ολιγοπεπτιδίων και σύζευξή τους με άλλες, χαμηλού Μ.Β., οργανικές ενώσεις. Μελέτη της βιολογικής δράσης

Abstract

The sequence Arg-Gly-Asp (RGD) is present in fibrinogen, which is a protein of blood that can be selectively bound to the main glycoprotein receptor of the platelet surface (GPIIb/IIIa) promoting platelet aggregation. Competitive binding of RGD containing peptides and fibrinogen to the platelet receptor GPIIb/IIIa has triggered the interest of many researchers in their attempts to find new, more potent anticoagulant agents. On the other hand, the fact that Southern French people have very low incidence of coronary heart disease despite their high fat diet and heavy smoking habits, which is also known as “French Paradox”, has strongly been related to moderate red wine consumption. In particular, the beneficial properties of red wine have been attributed to the presence of resveratrol (3,4΄,5-trihydroxy-trans-stilbene), a molecule that exerts a broad range of biological activities, among which is its ability to inhibit platelet aggregation. In the present thesis the synthesis of linear Arg-Gly-Asp (RGD) analogs and derivatives is reported. In particular, the basic amino acid arginine was substituted by lysine or histidine, while derivatives of the Leu-Asp dipeptide were also synthesized. Peptides with free carboxylic group on their C-termini were synthesized, while the β-carboxylic group of the aspartic acid was either free or protected by the benzyl group. Peptide amides with free β- carboxylic group of the aspartic residue were also synthesized, while in all the above cases the synthesis of the corresponding peptide derivatives with acetylated α-amino group of the N-terminal amino acid occurred. Finally, the conjugation of peptide derivatives with resveratrol took place. The peptide synthesis was carried out by the solid phase technique according to the Fmoc/tBu strategy using the 2-chlorotrityl chloride resin as solid support, for the synthesis of peptides with free carboxylic group in their C-termini, while for the synthesis of peptide amides the Rink Amide MBHA resin was used. The coupling reactions took place via the method of active esters (DIC/HOBt). The conjugation of the peptide derivatives with resveratrol took place in solution using DCC as coupling reagent and DMAP as catalyst, at room temperature, protecting the reaction mixture from light exposure. All the synthesized compounds were purified by reversed phase high performance liquid chromatography (RP-HPLC) and identified by mass spectrometry (ESI-MS). The synthesized compounds were tested for inhibitory activity on human platelet aggregation in vitro, by adding common aggregation agonists to citrated platelet rich plasma (PRP). The aggregation was determined using a four channel aggregometer by recording the light transmission. In vitro studies on the influence of the peptides and their conjugation products with resveratrol on human platelet aggregation have demonstrated that peptide-amides are active against platelet aggregation triggered by ADP (10μM) or collagen (2μg/ml). As a matter of fact, the platelet amides Ac-Arg-Gly-Asp-NH2 and Arg-Gly-Asp-NH2 inhibited platelet aggregation significantly. Regarding the conjugation products of peptide derivatives with resveratrol, they also present inhibitory activity on platelet aggregation induced by ADP (10μM), though the quantitative determination of the biological activity of resveratrol derivatives was restricted due to their limited solubility in aqueous solutions. Finally, an attempt was made to molecularly imprint the Arg-Gly-Asp-OH (RGD) tripeptide in polymers, in order to determine whether these MIPs can be farther used in the selective separation of RGD derivatives. In particular, six molecular imprinted polymers were synthesized combining two different monomers, such as methacrylic acid and acrylamide, with three cross-linkers (EGDMA, TRIM and Ν,Ν΄-methylene-bis-acrylamide), while azobis- cycloexanecarbonitrile was used as polymerization initiator. The polymer produced by the co-polymerization of MAA and TRIM and to a lesser extend the polymer synthesized by the combination of acrylamide and EGDMA were found to exert greater RGD rebinding efficiency than the rest, and also greater selectivity for RGD against other peptides (CCK-3, CCK-5, Gramicidin). These results are considered to be very interesting, since it is proved not only that the molecular imprinting technique can be used for the production of polymers recognizing the RGD sequence, but also that these polymers could be possibly applied in the purification of several RGD derivatives and their conjugation products.

Η αλληλουχία Arg-Gly-Asp (RGD) αποτελεί τμήμα του ινωδογόνου, μιας πρωτεΐνης του αίματος η οποία δεσμεύεται εκλεκτικά στον κυριότερο γλυκοπρωτεϊνικό υποδοχέα της επιφάνειας των αιμοπεταλίων (GPIIb/IIIa) και προάγει την αιμοπεταλιακή συσσωμάτωση. Η ανταγωνιστική δέσμευση στον αιμοπεταλιακό υποδοχέα GPIIb/IIIa μεταξύ RGD πεπτιδίων και ινωδογόνου έχει φέρει την RGD αλληλουχία στο επίκεντρο πολλών ερευνών στην προσπάθεια εύρεσης νέων, ισχυρότερων αντιθρομβωτικών σκευασμάτων. Από την άλλη μεριά, κάτοικοι περιοχών όπως η Γαλλία, παρά την υψηλή σε λιπαρά διατροφή και τη συνήθεια του καπνίσματος εμφανίζουν μικρότερα ποσοστά θνησιμότητας οφειλομένης σε καρδιακά νοσήματα, σε σύγκριση με κατοίκους άλλων χωρών με παρόμοιο τρόπο ζωής. Το φαινόμενο αυτό, που είναι γνωστό ως “Γαλλικό Παράδοξο” (“French Paradox”), έχει αποδοθεί στη συχνή κατανάλωση κόκκινου κρασιού από τους κατοίκους των χωρών αυτών. Συγκεκριμένα, οι ευεργετικές ιδιότητες του κόκκινου κρασιού έχουν αποδοθεί στην ύπαρξη της ρεσβερατρόλης (3,4΄,5-τριυδροξυ-trans-στιλβένιο), μίας πολυφαινόλης που παρουσιάζει πλειάδα εξαιρετικών βιολογικών δράσεων, μεταξύ των οποίων και αντιαιμοπεταλιακή δράση. Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκε η σύνθεση μίας σειράς γραμμικών αναλόγων του πεπτιδίου Arg-Gly-Asp-ΟΗ (RGD) και παραγώγων του. Συγκεκριμένα, το βασικό αμινοξύ αργινίνη της RGD αλληλουχίας αντικαταστάθηκε με τα επίσης βασικά αμινοξέα λυσίνη και ιστιδίνη, ενώ συντέθηκαν και παράγωγα του διπεπτιδίου Leu-Asp. Συντέθηκαν πεπτίδια που έφεραν ελεύθερη καρβοξυλική ομάδα στο C-τελικό άκρο τους και είχαν το β- καρβοξύλιο του ασπαραγινικού τόσο σε ελεύθερη μορφή, όσο και με τη μορφή βενζυλεστέρα. Επίσης, συντέθηκαν πεπτίδια που έφεραν ελεύθερη αμιδική ομάδα στο C- τελικό άκρο τους με ελεύθερη τη β-καρβοξυλομάδα του ασπαραγινικού, ενώ σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις συντέθηκαν και οι αντίστοιχες πεπτιδικές ενώσεις με ακετυλιωμένη την α-αμινομάδα του Ν-τελικού αμινοξέος. Τέλος, πραγματοποιήθηκε η σύζευξη πεπτιδικών παραγώγων με τη ρεσβερατρόλη. Η σύνθεση των πεπτιδίων έλαβε χώρα σε στερεή φάση χρησιμοποιώντας τη ρητίνη του 2- χλωροτριτυλο χλωριδίου, στην περίπτωση σύνθεσης πεπτιδικών παραγώγων με ελεύθερη καρβοξυλική ομάδα στο C-τελικό άκρο τους, και την Rink Amide MBHA ρητίνη, στην περίπτωση που οι πεπτιδικές ενώσεις έφεραν ελεύθερη αμιδική ομάδα στο C-τελικό άκρο τους. Οι αντιδράσεις σύζευξης πραγματοποιήθηκαν με τη μέθοδο των ενεργών εστέρων (DIC/HOBt) ενώ κατά τη σύνθεση ακολουθήθηκε η Fmoc/tBu μεθοδολογία. Η σύζευξη των πεπτιδικών παραγώγων με τη ρεσβερατρόλη έλαβε χώρα σε υγρή φάση χρησιμοποιώντας το DCC ως αντιδραστήριο σύζευξης και την DMAP ως καταλύτη, σε θερμοκρασία δωματίου και λαμβάνοντας μέτρα για την προστασία του μίγματος των αντιδράσεων από την έκθεση στο φως. Τη σύνθεση των προϊόντων σύζευξης, ακολούθησε ο καθαρισμός τους με υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης αντίστροφης φάσης (RP-HPLC) και η ταυτοποίησή τους με φασματομετρία μαζών (ESI-MS). Στη συνέχεια, εξετάστηκε in vitro η ανασταλτική τους δράση στη συγκολλητικότητα των αιμοπεταλίων του ανθρώπου, η οποία προσδιορίστηκε με φωτομετρική μέθοδο στους 37οC και συνεχή καταγραφή της διερχόμενης ακτινοβολίας με ειδικό όργανο. Η μελέτη της επίδρασης των διάφορων πεπτιδίων καθώς και των προϊόντων σύζευξής τους με τη ρεσβερατρόλη στη συσσωμάτωση των αιμοπεταλίων του ανθρώπου in vitro έδειξαν σε γενικές γραμμές ότι πεπτιδικά παράγωγα που έφεραν ελεύθερη αμιδική ομάδα στο C-τελικό άκρο τους παρουσίασαν δράση έναντι της συσσωμάτωσης των αιμοπεταλίων του ανθρώπου in vitro όταν αυτή προκλήθηκε από ADP (10μΜ) ή κολλαγόνο (2μg/mL). Ιδιαιτέρως τα πεπτίδια-αμίδια Ac-Arg-Gly-Asp-NH2 και Arg-Gly-Asp-NH2 ανέστειλαν σε σημαντικό βαθμό την αιμοπεταλιακή συγκόλληση. Όσον αφορά τα προϊόντα σύζευξης πεπτιδικών παραγώγων με τη ρεσβερατρόλη, και αυτά παρουσίασαν δράση έναντι της συσσωμάτωσης των αιμοπεταλίων του ανθρώπου που προκαλείται από ADP. Η μικρή διαλυτότητα των παραγώγων της ρεσβερατρόλης σε υδατικά διαλύματα δεν επέτρεψε στις πιο πολλές περιπτώσεις την εξαγωγή ποσοτικών συμπερασμάτων για τη βιολογική δράση των προϊόντων αυτών. Τέλος, έγινε προσπάθεια μοριακής αποτύπωσης του τριπεπτιδίου Arg-Gly-Asp-OH (RGD) σε πολυμερή, με σκοπό να εξεταστεί κατά πόσο μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα μοριακά αποτυπωμένα πολυμερή για περαιτέρω διαχωρισμό των παραγώγων του RGD. Συγκεκριμένα, παρασκευάστηκαν 6 μοριακά αποτυπωμένα πολυμερή συνδυάζοντας δύο διαφορετικά μονομερή, το μεθακρυλικό οξύ και το ακρυλαμίδιο, με τρεις παράγοντες διασταύρωσης (EGDMA, TRIM και Ν,Ν΄- μεθυλενο-δις-ακρυλαμίδιο), ενώ ως διεγέρτης του πολυμερισμού χρησιμοποιήθηκε το αζω-δις-κυκλοεξανοκαρβονιτρίλιο. Το πολυμερές που σχηματίστηκε χρησιμοποιώντας MAA ως μονομερές και TRIM ως παράγοντα διασταύρωσης, και σε μικρότερο βαθμό το πολυμερές που συντέθηκε με το συνδυασμό ακρυλαμιδίου-EGDMA, παρουσίασαν μεγαλύτερη ικανότητα επαναδέσμευσης του RGD σε σχέση με τα υπόλοιπα, καθώς και μεγαλύτερη εκλεκτικότητα ως προς το RGD σε σχέση με άλλες πεπτιδικές ενώσεις (CCK-3, CCK-5, Gramicidin). Τα παραπάνω αποτελέσματα κρίνονται αρκετά ενδιαφέροντα και δείχνουν ότι με τη μέθοδο της μοριακής αποτύπωσης είναι δυνατή η παρασκευή πολυμερών που αναγνωρίζουν την RGD αλληλουχία και πιθανόν να μπορούν να χρησιμοποιηθούν περαιτέρω για το διαχωρισμό των διαφόρων RGD παραγώγων, καθώς και των προϊόντων σύζευξής τους.