Asa-peptiidid

Ehitus

Asa-peptiidides on ühe või mitme peptiidi koosseisu kuuluva aminohappejäägi α-süsinik asendatud lämmastiku aatomiga, kuuludes nõnda peptiidianaloogide ehk peptidomimeetikute klassi. Sellise asenduse korral asendub pöörduv alfa-C–C(O) side jäiga alfa-N–C(O) sidemega, seades teatud konformatsioonilised piirangud, mistõttu peptiid paindub umbes asa-aminohappejäägi võrra eemale lineaarsusest. Samuti elimineerib selline asendus kiraalsuse alfapositsioonil ning vähendab karbonüülrühma elektrofiilsust, muutes nõnda alfapositsiooni geomeetria tetraeedrilisest trigonaalseks (ehk planaarseks, akiraalseks) ning tagades beetapöörete konformatsiooni. Asa-peptiidide beetapöörde konformatsioone on demonstreeritud nii röntgenkristallograafias ja spektroskoopias kui ka arvutipõhise modelleerimise teel. Selliste algsest peptiidist erinevate konformatsioonide tõttu on asa-peptiidide näol tegemist uute keemiliste ja bioloogiliste omadustega keemiliste ühenditega.

Omadused

Alfasüsiniku asendamine lämmastikuga peptiidi koosseisu kuuluvas aminohappejäägis põhjustab struktuuriliste ning füüsikaliste omaduste muutust. Asa-peptiidside on tunduvalt vastupidavam keemilisele ning ensümaatilisele degradatsioonile – seega tõstab asa-asendus metaboolset vastupidavust. See on nii seetõttu, et karbonüülne süsinik asa-asendatud peptiidis näitab välja vähem elektrofiilsust kui seesama karbonüülne süsinik näitab tavapeptiidi ahelas. Stabiilsust parendab ka asjaolu, et asa-asenduse juures olevate peptiidsidemete kahetahulised nurgad on piiratud konformatsioonis, mis suurendab ahela jäikust. 
Asa-asendatud peptiidside tõstab ning pikendab ka peptiidi aktiivsust ning selektiivsust: asendusest tingitud konformatsioonilised muutused seavad eelistusse beetapöörde, mis mõjutatuna asa-peptiidi muutunud sisemisest geomeetriast omab minimaalset mõju asa-peptiidide sidumisefektiivsusele erinevate sidumisaladega proteiinidele. Kõiki neid omadusi arvesse võttes, on mõistetav, miks asa-peptiidid leiavad järjest rohkem kasutust meditsiinilises keemias retseptorligandidena, ensüüminhibiitoritena, ravimitena, proovivõtturitena ning ka kontrastainetena.

Ajalugu

Asa-peptiidid on juba varem olnud meditsiinilises keemias suunanäitajateks näiteks retseptorligandide loomisel ja ensüümide inhibiitoritena, aga ka kliiniliselt tõestatud ravimitena. Samuti on neid kasutatud bioloogiliselt aktiivsete peptiidide konformatsiooni uurimiseks. H. J. Hessi ning kaasautorite 1963. aastal avaldatud artiklit bioloogiliselt aktiivsete asa-peptiidide kohta loetakse üheks esimestest uurimustest, mis on asapeptiidide kohta tehtud. 
Hess’i artiklist innustatuina prooviti leida sünteesimehhanismi asa-peptiidide sünteesimiseks. Läbimurdeks oli efektiivse asa-peptiidisünteesi metoodika avastus: tahkefaasiline süntees. See avastus võimaldas uusi asa-peptiidide kasutusvõimalusi meditsiinilises keemias kontrastainete ning proteaasaktiivsuse mõõtmise proovivõtturitena.

Põhjused

Bioloogiliselt aktiivsed peptiidid on ideaalsed ravimikandidaatidena kuna nad on bioühilduvad ning spetsiifilised teatud sihtobjektide suhtes. Nende rakendamine on aga limiteeritud, kuna nad lagunevad inimorganismides üpris kiiresti. Seega on üheks ravimitööstuse väljakutsetest peptiidide stabiilsust suurendavate modifikatsioonide leidmine, mis ei mõjutaks oluliselt peptiidide teisi omadusi. Üheks peptiidide stabiilsuse suurendamise võimaluseks on alfasüsiniku aatomite asendamine lämmastiku aatomitega aminohappejäägis, saades asa-peptiidid. Sellise peptidomeetilise modifikatsiooni eeliseks on see, et toimuv asendus on peaaegu isosteeriline. Kuna asa-peptiidid on ensümaatilisele hüdrolüüsile vastupidavamad, kui tavalised peptiidid, on nad potentsiaalseteks sihtobjektideks ravimitööstuses.

Asa-peptiidid ensüüminhibiitoritena

Proteaasid on ensüümid, mis teostavad proteolüüse, ehk proteiinide lõhustumist väiksemateks polüpeptiidideks või aminohapeteks. Asa-peptiide kasutatakse erinevate proteaaside nagu näiteks seriini ja tsüsteiini proteaaside, inimese neutrofiilide proteaaside, A-hepatiidi viiruse 3C ja C-viiruse NS3 seriini proteaaside ning ka HIV proteaaside inhibiitoritena.

Asa-peptiidid seriini ja tsüsteiini proteaaside inhibiitoritena

Seriini ja tsüsteiini proteaasid on seotud nakkuslike ja pahaloomuliste haiguste arenguga inimestel. Proteaasid kasutavad aktiivset nukleofiili ning tiooli ja alkoholi, et viia läbi peptiidsideme hüdrolüüs. Asa-peptiidid, mis omavad elektrofiilset osa, töötavad inhibiitoritena nendele proteaasidele. 
Eri proteaaside inhibeerimisel on tähtis roll. Näiteks trombiinil, mis on üks seriini proteaasidest, on keskne roll vere hüübimisel lõhustades fibrinogeeni mittelahustuvaks fibriiniks. Ilma vastavate inhibiitoriteta, ehk reguleerimata trombiini aktiivsus võib viia tromboosini, põhjustades südametöö peatumist ning sageli ka südamerabandust, mis on tingitud pöördumatust arteriaalsete vereklompide moodustumisest. Tsüsteiini proteaasid on elutähtsal kohal mitmesuguste elusorganismide bioloogias, seetõttu on need jaotatud kahte klanni. Esimene, papaiini klann, sisaldab ensüüme nagu kalpaiinid, katepsiinid ja papaiinid, mis on seotud kasvajate sissetungiga organismi, artriidi ehk liigesepõletiku esinemisega ning parasiitinfektsioonidega. Teine klann sisaldab selliseid ensüüme nagu kaspaasid, legumaiinid, gingipaiinid, klostripaiinid ja separaasid. Kaspaasid on põletike ja apoptoosi ehk programmeeritud rakusurma vahendajateks. Apoptoosiresistentsus on pahaloomuliste vähirakkude säilimise võtmefaktoriks ning ülemäärane neuronite apoptoos viib erinevate haigusstaadiumite nagu amüotroofiline lateraalskleroos ja seljalihaste atroofia, aga ka mitmete tõbede nagu Alzheimer, Huntigton ja Parkinson, tekkeni. Klostripaiin on seotud bakteriaalsete infektsioonidega, gingipaiin põhjustab periodontiidi korral koekahjustusi ning legumaiini üleküllust seostatakse rinna-, käärsoole- ja eesnäärmevähiga. Seriini ja tsüsteiini proteaasid on seega võimalikud ravisihtmärgid ning nendele proteaasidele selektiivsete inhibiitorite disaini taotletakse jõudsalt ravimiarenduses.