Соматотропин. Синтез и химические свойства

Для доступа к более крупным синтетическим сборкам используются методы хемоселективноголигирования, особенно нативное химическое лигирование (NCL), которое используется для соединения пептидных сегментов в более крупные конструкции. Этот подход влечет за собой сборку индивидуальных пептидильных субстратов, и эти субстраты затем объединяются итеративным способом, чтобы в конечном итоге получить гомогенную белковую мишень. Протокол NCL на основе цистеина, разработанный Кентом, который включает слияние C-концевого тиоэфира и N-концевого остатка цистеина, остается методом выбора при попытках лигирования незащищенных пептидов в водной среде и обеспечивает основные прогресс в синтезе белка.Этот подход позволил разработать стратегию последовательного связывания с использованием трех сегментных незащищенных пептидов, посредством превращения цистеина 105 в аланин после NCL, что дало полноразмерную белковую цепь из 191 остатка, которая эффективно сворачивалась с образованием активный аналог hGH.Для выполнения последовательного лигирования от C-конца к N-концу четыре остатка Cys 53,165,182,189 в исходной пептидной последовательности были защищены ацетамидометильной (Acm) группой, которая предотвращает циклизацию / полимеризацию пептидов, содержащих как активированные C-концевые пептиды. Селективноеобессеривание в присутствии защищенных остатков Cys (Acm) позволило сохранить четыре нативных остатка Cys. Цистеин 105 был введен как производноетритила. Новая стратегия сборки этих трех сегментов требовала пяти стадий: два лигирования, одно обессеривание, одно удаление Acm, затем циклизация и фолдинг и связанные с ними очистки, как показано на схеме синтеза на рис. 5Рис 5. Новая стратегия химического синтеза соматотропинаВ заключение, наша стратегия с использованием только трех пептидных сегментов и двух стадий естественного химического лигирования была простой конструкцией, которая позволила получить только с помощью синтетических средств биоактивный аналог hGH из 191 аминокислоты. Ключевой особенностью успешного синтеза было естественное химическое лигирование по сайту Xaa-Ala 105, которое стало возможным благодаря использованию безметалловойдесульфуризации. Комбинация характеристик с использованием ВЭЖХ, масс-спектрометрии, КД- спектроскопии , триптического отпечатка пальца и функционального клеточного анализа показала, что этот синтетический аналог [Nle 14,125,170 , Glu 29,91 , Gln 74 , Asn 107 , Asp 109 ] hGH-NH имел правильную последовательность и топологию дисульфидного мостика, был правильно сложен и был биологически активным. Также было продемонстрировано, что девять модификаций, внесенных в нативную последовательность hGH, оказывают минимальное влияние на биологическую активность молекулы и что синтезированный аналог является полностью активным агонистом рецептора hGH.2.7Функциональные эффекты соматотропинаРис 6. Функциональная роль факторов роста.Эффекты клеточной передачи сигналов от активации рецепторов гормона роста (GHR) ответственны за широкий спектр важных физиологических ролей. Гормон роста секретируется передней долей гипофиза и не только играет роль в увеличении длины костей, плотности костей и мышечной массы в детстве и подростковом возрасте, но также играет важную роль в регулировании метаболизма липидов, углеводов и воды в организме на протяжении всей жизни. Эффекты GH проявляются путем связывания с рецепторами GH на клетках-мишенях, что, в свою очередь, стимулирует выработку и секрецию IGF-1 во многих тканях, в основном в печени. С 1957 года, когда IGF-1 и IGF-2 были идентифицированы и впервые обозначены как «факторы сульфатирования», интерес к изучению этих молекул, структурно напоминающих проинсулин, возрос, особенно когда было обнаружено, что IGF-1 является медиатором анаболической и митогенной активности. IGF были впервые названы соматомединами из-за их концентрационной зависимости от регуляции GH. Последующее выделение и аминокислотная последовательность определения двух однородных полипептидов из очищенных без подавляемых инсулиноподобный активности факторов установлено текущее назначение этих молекул в качестве инсулиноподобный факторы роста (ИФР) 1 и 2 . IGF-1 представляет собой пептид из 70 аминокислот с молекулярной массой 7 649 Да. Он обладает способностью связываться с рецептором инсулина, хотя и с низким сродством. Большая часть IGF-1 секретируется печенью и действует как эндокринный гормон, хотя он может секретироваться многими другими тканями. Одна из основных ролей, которую IGF-1 продвигал в последующих исследованиях, - это его участие в росте и его связь с гормоном роста. Было показано, что экзогенный IGF-1 стимулирует рост при введении гипофизэктомированным крысам. Кроме того, дети с дефицитом IGF-1 и первичной нечувствительностью к GH или дети с синдромом Ларона, которых лечили биосинтетическим IGF-1 показали повышение уровня щелочной фосфатазы и проколлагена в сыворотке, а также IGF-связывающего белка-3 (IGFBP-3). Впоследствии это лечение широко использовалось в других частях света. С точки зрения эффективности, и GH, и IGF-1 стимулировали линейный рост, но некоторые переменные, включая больший дефицит роста у младенцев с синдромом Ларона, чем у детей с изолированным дефицитом гормона роста, недостаточная доза IGF-1 или зависимость IGF-1 от GH. Популяция связанных стволовых клеток прехондроцитов сделала GH более эффективным с точки зрения стимуляции линейного роста. Однако было показано, что IGF-1 является важным гормоном, связанным с ростом, который имеет GH-независимые эффекты стимуляции роста, который в некоторых случаях действует синергетически с GH. С другой стороны, как описано ниже, было показано, что передача сигналов GHR оказывает стимулирующее действие на рост независимо от IGF-1.ВыводыСоматотропин, или гормон роста играет важную роль в развитии оргаанизма, так как выполняет ряд важнейших функций. Его недостаток, особенно у детей, может привести к тяжелым заболеваниям. Однако улучшить состояния людей с нарушениями может экзогенное введение соматотропина. Тогда встает вопрос о его производстве в промышленных масштабах.Также в последнее время соматотропин применяют для лечения нервных расстройств, профилактики старческих заболеваний, а также для улучшения физических показателей спортсменов. В ходе работы были рассмотрены методы выделения соматотропина из клеточного экстракта, биотехнологические методы получения гормона роста (технологией рекомбинантной ДНК), а также относительно новый химический способ синтеза аналога соматотропина.ЛитератураБерезов Т.Т. Биоорганическая химия: учебник. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Медицина, 1998. - 704 сФизиология человека с основами патофизиологии : в 2 т. Т. 1 /под ред. Р. Ф. Шмидта, Ф. Ланга, М. Хекманна ; пер. с нем. под ред. М. А. Каменской и др. —М. : Лаборатория знаний, 2019, —537 с. : ил,— ISBN 978-5-906828-31-6 (Т. 1);MILLS J. B. et al. Improved method for the extraction and purification of human growth hormone //The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. – 1969. – Т. 29. – №. 11. – С. 1456-1459.Dehkhoda F. et al. The growth hormone receptor: mechanism of receptor activation, cell signaling, and physiological aspects //Frontiers in endocrinology. – 2018. – Т. 9. – С. 35.ШмидтSueiras-Diaz J. et al. Total chemical synthesis of a biologically active and homogeneous analog of Human Growth Hormone [Nle14, 125,170, Glu29, 91, Gln74, Asn107, Asp109] hGH-NH2 by sequential native chemical ligation //Tetrahedron Letters. – 2017. – Т. 58. – №. 25. – С. 2448-2455.Ross M. J. et al. Recombinant DNA synthesis of human growth hormone //Human Growth Hormone. – Springer, Boston, MA, 1986. – С. 241-256.Fryklund L. et al. Development of human growth hormone produced in recombinant bacteria as a therapeutic agent //From Gene to Protein: Translation Into Biotechnology. – Academic Press, 1982. – С. 522.Yaffe S. J. et al. Human growth hormone: Current status of availability and usefulness //Pediatrics. – 1969. – Т. 44. – №. 5. – С. 766-767.Ayyar V. S. History of growth hormone therapy //Indian journal of endocrinology and metabolism. – 2011. – Т. 15. – №. Suppl3. – С. S162.