Synthese von Peptiden, Peptoiden und Protein-ähnlichen Strukturen im µ Arrayformat
Creators: name: Mattes, Daniela Silke
Publisher: name: Karlsruhe
Year: 2018
Subjects: Molekül-Arrays
Hochdurchsatz-Screening
kombinatorische Chemie

description: Für das Verständnis von biologischen Prozessen ist die Erforschung von Protein Protein Wechselwirkungen unabdingbar. Diagnostische Marker oder neue Impfstoffe können dadurch zugänglich gemacht werden. Arrays, die unterschiedliche, voneinander räumlich getrennte Peptide oder Proteine tragen, erlauben ein Hochdurchsatz-Screening um Bindungsstellen zu untersuchen, die für biologisch relevante Interaktionen verantwortlich sind. Peptidarrays werden für die Untersuchung linearer und zyklischer Bindungsstellen verwendet. Für konformationelle- oder diskontinuierliche-Bindemotive werden Protein-Arrays benötigt, die bisher nur mittels biologischer Methoden hergestellt werden können. Allerdings ist die Herstellung von hochdichten Protein Arrays teuer, die Faltung der biologisch synthetisierten Proteine ist meistens unbekannt, spezifische Epitope verbergen sich gegenseitig und nur eine begrenzte Anzahl verschiedener Proteine ist verfügbar. Daher haben Peptid basierte Arrays, die Protein-ähnliche Strukturen nachahmen können, ein enormes Potenzial.
Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit einer Methode zur Herstellung solcher Strukturen im Array-Format als mögliche Alternative zu Protein-Arrays. Dazu wurden Trifunktionale Linker, als Anker für zwei oder drei verschiedene Peptide, an der festen Phase synthetisiert. Aufgrund der räumlichen Nähe können die Peptide miteinander interagieren und eine Protein ähnliche Struktur bilden. Proteinartige Strukturen wurden erfolgreich an der festen Phase synthetisiert. Durch die Verwendung einer Transfermethode, die eine in situ Aufreinigung der erzeugten Peptidarrays ermöglicht, konnten gereinigte Arrays mit Protein-ähnlichen Strukturen generiert werden. Der Nachweis erfolgte massenspektrometrisch und mittels Immunfärbung.
Im zweiten Teil dieser Arbeit geht es um die Synthese von Peptidarrays mit Sonderbausteinen unter der Verwendung einer Laser-basierten Methode. Mit dieser Methode sind Peptidarrays mit einer Dichte von mehr als 17 000 Peptiden/cm2 möglich. Hierfür werden die benötigten Chemikalien in ein festes Lösungsmittel (Polymermatrix) eingebettet. Diese Mischung wird in einem gewünschten Spotmuster mit Hilfe eines Lasers auf eine Oberfläche (Akzeptor) transferiert. In einem separaten Hitze-Schritt erfolgen dann die Diffusion und die Kupplung der transferierten Chemikalien an die vorhandenen funktionellen Gruppen der Oberfläche. Zahlreiche Sonderbausteine wie posttranslational modifizierte Aminosäuren oder Fluorophore konnten in einen Peptidarray eingebaut werden. Zudem konnten Peptidarrays via Click Chemie erfolgreich mit der Laser-basierten Methode modifiziert werden.
Der dritte Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Synthese von hochdichten Peptoidarrays. In Bindungsstudien erwies sich die große Vielfalt der Peptoide als gute Alternative zu Peptiden. Sie können Peptide auf Grund ihrer Strukturähnlichkeit nachahmen, bieten jedoch den Vorteil einer Resistenz gegenüber enzymatischem Abbau, eine längere in vivo Halbwertszeit, eine bessere Löslichkeit und bessere Membrandurchlässigkeit.
Peptoidarrays mit mehr als 1600 Peptoiden/cm2 können mit Hilfe der Submonomer Methode von Zuckermann und der Monomer-Methode mittels des Laser basierten Verfahren generiert werden und die synthetisierten Peptoide konnten massenspektrometrisch nachgewiesen werden. Zudem konnten Peptoide via ortsaufgelöster Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionisation (MALDI) Massenspektrometrie (MS) nachgewiesen werden. Hierbei wurde die Laser-basierte Methode eingesetzt, um die benötigte MALDI-Matrix zu transferieren.