Selection of peptomeric inhibitors of bovine α-chymotrypsin and cathepsin G based on trypsin inhibitor SFTI-1 using a combinatorial chemistry approach

Abstract

A peptomeric library consisting of 360 monocyclic analogues of trypsin inhibitor SFTI-1 isolated from sunflower seeds was designed and synthesized by a solid-phase approach in order to select chymotrypsin and cathepsin G inhibitors. All peptomers contained a proteinogenic-Phe-mimicking N-benzylglycine (Nphe) at positions 5 and 12. Into the synthesized library, different peptoid monomers were introduced in the 7-10 segment. Deconvolution of the library against both proteinases through an iterative method in solution revealed that the strongest chymotrypsin inhibitory activity was displayed by two analogues, [Nphe(5,12)]SFTI-1 (1) and [Nphe(5,12), Naem(8)]SFTI-1 (2), where Naem stands for N-(2-morpholinoethyl)glycine. After deconvolution against a cathepsin G analogue, [Nphe(5,12), Npip(8,9), Nnle(10)] SFTI-1 (3) (Npip = N-(3,4-methylenedioxybenzyl)glycine) appeared to be the most potent inhibitor with a high serum stability. It is worth noting that the analogues obtained by a combinatorial approach display high specificity towards one of the experimental enzymes. Another interesting feature is the lack of Pro8 in analogues 2 and 3, the amino acid residue absolutely conserved in the family of Bownan-Birk inhibitors.

Conformational studies of [Nphe5]SFTI-1 by means of 2D NMR spectroscopy in conjunction with molecular dynamics calculations

“…Previously conducted kinetic studies of native SFTI-1 and its monocyclic analog showed that head-toetail cyclization does not significantly influence inhibitory properties [7]. Keeping this in mind we designed new series of analogs containing one or more peptoid momoners [8,20]. Elimination of amide proton in P 1 position not only disabled possibility of formation of intra-molecular hydrogen bonds by this residue but also made P 1 eP 1 0 bond resistant to enzymatic cut.…”

Prospects for the design of new therapeutically significant protease inhibitors based on knottins and sunflower seed trypsin inhibitor (SFTI 1)

“…Преимуществами этого способа являются: 1) возможность включения в состав молекул ингибиторов остатков небелковых и неприродных аминокислот (например, норлейцина [96], a-гидроксиметил-аминокислот [97], b-и g-аминокислот и N-замещённых производных b-аланина [98], a-N-замещённых производных глицина [99][100][101][102] и других [100,103]); 2) возможность модификации S-S-мостиков вплоть до замены их иными связующими группами [102,[104][105][106][107]; 3) получение ациклических форм SFTI 1 и МСоTI-II [69,106,108,109]; 4) менее сложная, чем в случае выделения из биологического материала, процедура очистки (включающая, как правило, только две стадии ВЭЖХ -одну после синтеза пептидной цепи ингибитора, вторую -после формирования дисульфидных связей и/или циклизации), 5) возможность наработки больших количеств индивидуальных соединений.…”

“…Замены удаленных от ингибиторной петли а.о. могут влиять и на специфичность ингибиторов, и на стабильность их структур [101].…”

“…Так, известно, что замена Met8 на остаток Leu в кноттине СМTI II и замена Pro8 в SFTI 1 на любой другой остаток заметно дестабилизируют структуры аналогов по сравнению с природными соединениями [130,131]. Комбинаторный подход чаще используется для создания новых ингибиторов на основе шаблона SFTI 1, поскольку число синтезируемых соединений в составе библиотеки с учётом структурных ограничений невелико, а сведения о пространственной структуре комплексов ферментов с SFTI 1 ограничены [32,101,103,132]. При дизайне специфичных ингибиторов на основе кноттинового шаблона комбинаторный подход часто дополняет и уточняет компьютерное моделирование, как, например, получилось при разработке специфичных ингибиторов матриптазы 1 человека на основе кноттина MCoTI II и его гибрида с SOTI III [31,34].…”

“…Такими аналогами природных аминокислот замещали один или несколько а.о. в природном пептиде и получили более эффективные и стабильные ингибиторы a-химотрипсина и катепсина G [97,[100][101][102][103] (табл. 1).…”