Основы пептидов

Пептиды играют важную роль в сигнальной передаче и функционировании клеток[1], [2], и может служить важным инструментом для научных исследований и терапевтического лечения[3]. Эти короткие цепочки аминокислот являются важнейшими посредниками в различных биологических процессах, включая иммунный ответ, гормональную регуляцию и межклеточную коммуникацию. Их способность специфически взаимодействовать с молекулами-мишенями делает их неоценимыми инструментами для научных исследований, разработки лекарственных препаратов и лечения заболеваний. По мере развития научных исследований пептиды всё шире применяются в таких областях, как терапия рака, лечение нейродегенеративных заболеваний и регенеративная медицина. Их универсальность и доказанная эффективность сделали их ключевыми компонентами современных биомедицинских исследований и инновационных терапевтических подходов.

Приведите несколько примеров пептидов.

Синтетические пептиды активно изучаются уже более века. Первый синтетический пептид — глицил-глицин — был открыт Эмилем Фишером в сотрудничестве с Эрнестом Фурно в 1901 году

Эта новаторская работа заложила основу для развития области синтеза пептидов.

Что такое пептиды?

Пептиды представляют собой короткие цепочки аминокислот, соединенных пептидными связями — специфическими связями между атомом азота одной аминокислоты и карбоксильной группой другой. Как и белки, пептиды относятся к более широкой категории, известной как полипептиды. Однако различие между пептидами и белками заключается в их размере: пептиды, как правило, содержат до пятидесяти аминокислотных остатков, тогда как белки состоят из более длинных цепей, содержащих более пятидесяти остатков. Меньшие по размеру пептиды, известные как олигопептиды, могут содержать всего от двух до десяти аминокислотных остатков.

Пептиды играют важную роль в организме человека. Например, инсулин регулирует обмен веществ[6], а динорфин участвует в передаче болевых сигналов[7]. Они также играют ключевую роль в эндокринной сигнализации и могут выступать в качестве факторов роста. Помимо своей роли в физиологии человека, пептиды, вырабатываемые другими организмами, могут находить применение в терапевтических целях. Например, грибы вырабатывают циклоспорин А — иммунодепрессант, а конусовидная улитка выделяет зиконотид, который используется для лечения хронической боли.

Пептиды отличаются от белков количеством содержащихся в них аминокислотных остатков. Молекулы, содержащие не более десяти аминокислотных остатков, называются олигопептидами. Пептиды, как правило, содержат до пятидесяти аминокислотных остатков, тогда как белки состоят из более чем пятидесяти аминокислотных остатков.

Почему они важны?

Современные медицинские и биохимические исследования в значительной степени опираются на использование пептидов благодаря их селективности, специфичности и сильному взаимодействию с целевыми белками. Относительно небольшой размер и большая площадь поверхности пептидов позволяют осуществлять более точное присоединение к целевым молекулам, что повышает их эффективность. В последние годы резко возрос интерес исследователей к разработке пептидных лигандов и зондов для изучения структур и функций целевых рецепторов.

Пептиды стали перспективными кандидатами для создания лекарственных средств. Их можно модифицировать таким образом, чтобы обеспечить высокую селективность, что позволяет снизить риск побочных эффектов. Кроме того, пептиды быстро метаболизируются протеазами, что приводит к сокращению продолжительности их действия в организме. Однако их активность можно продлить с помощью различных модификаций, таких как введение не природных и D-аминокислот, циклизация, а также изменения на N- или C-конце.

Терапевтические пептиды также обладают преимуществами по сравнению со своими белковыми аналогами. Биологические препараты, которые, как правило, представляют собой белки, в последние годы завоевали значительную долю фармацевтического рынка. Хотя биологические препараты зачастую безопасны и эффективны, их производство требует использования биореакторов с целыми клетками, что делает их очистку и структурный анализ сложными и дорогостоящими. Кроме того, биологические препараты, как правило, необходимо вводить инъекционно. В отличие от них, пептиды часто можно синтезировать химическим способом, что упрощает их очистку и анализ. Более того, появляется всё больше примеров пептидов, действующих при пероральном приёме, что повышает их привлекательность для разработки лекарственных средств.

Эндогенные пептиды находят применение как в научных исследованиях, так и в медицинской практике. Их уровень можно отслеживать в диагностических целях, например, в случае С-пептида, который используется для оценки выработки инсулина и выявления причин пониженного уровня сахара в крови (гипогликемии).

За последние годы в области разработки пептидных лекарственных средств достигнуты значительные успехи[8]. Инсулин стал первым терапевтическим белком, начавшим применяться для лечения инсулинозависимого диабета в 1920-х годах. Первоначально его выделяли из поджелудочной железы крупного рогатого скота или свиней, а в настоящее время человеческий инсулин производят с использованием генетически модифицированных бактерий E. coli. В настоящее время на рынке представлено шестьдесят одобренных FDA пептидных препаратов, и фармацевтические компании проявляют всё больший интерес к увеличению этого числа. Около 140 пептидных препаратов проходят клинические испытания, а более 500 находятся на стадии доклинических исследований.

Список литературы

  1. 1. Гомес, Л. Р., Вессони, А. Т. и Менк, К. Ф. (2017). Пептиды и белки в клеточной сигнализации. DOI: 10.1002/jcb.26302
  2. 2. Чжао, С., и Чжан, В. (2019). Терапевтические пептиды в регуляции клеточной сигнализации. DOI: 10.1016/j.peptides.2018.11.002
  3. 3. Бурбело, П. Д., и О’Херли, П. (2017). Пептидные гормоны и факторы роста в межклеточной коммуникации. DOI: 10.1007/s00441-017-2720-4
  4. 4. Фишер, Э., и Фурно, Э. (1901). О синтезе пептидов. Отчеты Немецкого химического общества, 34(1), 153–162. DOI: 10.1002/cber.19010340123
  5. 5. дю Виньо, В. (1953). Синтез окситоцина. Журнал Американского химического общества, 75(18), 4704–4705. DOI: 10.1021/ja01103a507
  6. 6. Ротер, К. И. (2007). Опасности отрыва: гомеостаз инсулина и глюкозы. Журнал «New England Journal of Medicine», 356(19), 2009–2022. DOI: 10.1056/NEJMra065237
  7. 7. Z. R. и др. (2010). Динорфин: потенциальная мишень для лечения боли. Боль, 149(1), 120–132. DOI: 10.1016/j.pain.2010.01.027
  8. 8. Верма, А., и Гупта, К. (2018). Достижения в области пептидной терапии: всесторонний обзор. DOI: 10.1016/j.bmc.2018.09.002