Arginylglycylasparaginsyra
|
|
| Namn | |
|---|---|
|
Systematiskt IUPAC-namn
(2S ) -2-[[2-[[(2S ) -2-amino-5-(diaminometylidenamino)pentanoyl]amino]acetyl]amino]butandisyra |
|
| Andra namn
L -arginyl-glycyl- L -asparaginsyra; Arg-Gly-Asp
|
|
| Identifierare | |
|
3D-modell ( JSmol )
|
|
| Förkortningar | RGD Peptid [ citat behövs ] |
| ChEMBL | |
| ChemSpider | |
| Maska | arginyl-glycyl-asparaginsyra+syra |
|
PubChem CID
|
|
| UNII | |
|
CompTox Dashboard ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Egenskaper | |
| C12H22N6O6 _ _ _ _ _ _ _ | |
| Molar massa | 346,344 g·mol -1 |
| log P | −3,016 |
| Surhet (p K a ) | 2,851 |
| Grundläggande (p K b ) | 11.146 |
|
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).
|
|
Arginylglycylasparaginsyra ( RGD ) är det vanligaste peptidmotivet som ansvarar för cellvidhäftning till den extracellulära matrisen (ECM), som finns i arter som sträcker sig från Drosophila till människor. Celladhesionsproteiner som kallas integriner känner igen och binder till denna sekvens, som finns i många matrisproteiner, inklusive fibronektin , fibrinogen , vitronektin , osteopontin och flera andra adhesiva extracellulära matrisproteiner. Upptäckten av RGD och klarläggandet av hur RGD binder till integriner har lett till utvecklingen av ett antal läkemedel och diagnostik, samtidigt som peptiden i sig används överallt inom bioteknik . Beroende på applikationen och integrinet kan RGD modifieras kemiskt eller ersättas med en liknande peptid som främjar celladhesion.
Upptäckt
RGD identifierades som den minimala igenkänningssekvensen inom fibronektin som krävs för cellvidhäftning av Ruoslahti och Pierschbacher i början av 1980-talet. För att göra detta syntetiserade författarna olika peptider baserat på det antagna cellfäststället för fibronektin. De kopplade sedan dessa peptider till proteinbelagd plast och testade var och en för cellbindningsfrämjande aktivitet. Endast de som innehöll RGD-sekvensen visade sig förbättra cellvidhäftning. Vidare visade de att peptider innehållande RGD kunde hämma cellvidhäftning till fibronektinbelagda substrat, medan peptider som inte innehåller RGD inte gjorde det.
Dessa grundläggande studier identifierade också de cellulära receptorerna som känner igen sekvensen. Dessa studier använde en syntetisk RGD-innehållande peptid för att isolera de förmodade receptorerna och visade sedan att liposomer innehållande de isolerade proteinerna kunde binda till fibronektin, på ungefär samma sätt som celler med ytreceptorer. De upptäckta receptorerna fick senare namnet integriner. RGD-motivet presenteras på lite olika sätt i olika proteiner, vilket gör det möjligt för de många RGD-bindande integrinerna att selektivt särskilja enskilda adhesionsproteiner.
Användning vid upptäckt av läkemedel
Förståelse av den molekylära grunden för bindning till integriner har möjliggjort utvecklingen av flera läkemedel för hjärt-kärlsjukdomar och cancer, inklusive eptifibatide , tirofiban och cilengitide . Dessa läkemedel hämmar integrinbindning. PET-radiospårämnen som fluciklatid använder RGD-innehållande peptider för att hem till tumörer, vilket möjliggör cancerövervakning.
Kardiovaskulär sjukdom
Eptifibatid och tirofiban är läkemedel mot koagulering indikerade för att förhindra trombos vid akuta ischemiska koronarsyndrom. Eptifibatide är dessutom FDA-godkänt för patienter som genomgår perkutan kranskärlsintervention . Dessa läkemedel blockerar aktivering av integrinet som ansvarar för aggregation av trombocyter (αIIbβ3, även känd som glykoprotein IIb/IIIa ) som svar på blodglykoproteinerna fibrinogen och von Willebrand faktor . Eptifibatid (marknadsförs som Integrilin) är en cyklisk (cirkulär) peptid med sju aminosyror, medan tirofiban är en liten molekyl utformad för att efterlikna RGD-sekvensens kemi och bindningsaffinitet.
Cancer
Cilengitide , en cyklisk pentapeptid (RGDfV), är ett undersökningsläkemedel avsett att blockera tillväxten av nya blodkärl i tumörer genom att störa aktiveringen av integrin αVβ3 . Detta integrin är uppreglerat i tumörceller och aktiverade endotelceller. Denna och andra anti- angiogena terapier är beroende av att blodtillförseln till tumörens mikromiljö avbryts, vilket leder till hypoxi och nekros . Cilengitide har utvärderats för behandling av glioblastom , men, som är fallet för andra anti-angiogene terapier, har det inte visats förändra progressionen eller förbättra överlevnaden vare sig ensamt eller i kombination med standardbehandlingar.
CEND-1, även känd som iRGD , är en cyklisk peptid som hem till tumörer via bindning till integrin alfa V- receptorer. Det binder och aktiverar också neuropilin-1 , vilket leder till en tillfällig öppning av tumören och en förbättrad leverans av anticancermedel till tumörvävnaden. Det testas för närvarande i kliniska prövningar på patienter med solida tumörer.
Diagnostik
Eftersom anti-angiogena cancerterapier har uppnått utbredd användning har det funnits ett ökat intresse för icke-invasiv övervakning av angiogenes. Ett av de mest omfattande undersökta målen för angiogenes är integrin αVβ3. Radiomärkta peptider som innehåller RGD visar hög affinitet och selektivitet för integrin αVβ3 och undersöks som verktyg för att övervaka behandlingssvar av tumörer via PET-avbildning . Dessa inkluderar 18 F-Galacto-RGD, 18 F-Fluciclatide-RGD, 18 F-RGD-K5, 68 Ga-NOTA-RGD, 68 Ga-NOTA-PRGD2, 18 F-Alfatide, 18 F-Alfatide II och 18 F-FPPRGD2. I en metaanalys av studier med PET/CT hos patienter med cancer visades det att denna diagnostiska metod kan vara mycket användbar för att upptäcka maligniteter och förutsäga kortsiktiga utfall, även om större studier behövs.
Används inom bioteknik
RGD-baserade peptider har funnit många tillämpningar inom biologisk forskning och medicinsk utrustning. Kulturplattor belagda med peptider som efterliknar ECM-proteiners vidhäftningsmotiv, som främjar förlängd odling av mänskliga embryonala stamceller, finns på marknaden. RGD är också ett universellt använt verktyg vid konstruktion av multifunktionella "smarta" material , såsom tumörriktade nanopartiklar. Vidare används RGD i stor utsträckning inom vävnadsteknik för att främja vävnadsregenerering.
Drogleverans
Konventionella läkemedelstillförselmetoder , såsom systemisk eller topisk leverans, är förknippade med många problem såsom låg löslighet, effekter utanför målet och ofördelaktig farmakokinetik . Nanopartiklar har använts för att öka lösligheten och måltillförseln av läkemedlet till den önskade vävnaden, öka koncentrationen av läkemedlet vid verkningsstället och minska läkemedelskoncentrationen på andra ställen, och därigenom öka läkemedlets effektivitet och minska biverkningarna. RGD har använts för att rikta nanopartiklar som innehåller läkemedel till specifika celltyper, särskilt cancerceller som uttrycker integrin αvβ3.
Många forskargrupper använder RGD för att rikta det kemoterapeutiska doxorubicinet till cancerceller. Liksom andra kemoterapeutika i sin klass, orsakar doxorubicin håravfall, illamående, kräkningar och myelosuppression , och kan leda till kardiomyopati och kronisk hjärtsvikt . Kliniskt tillgängliga Doxil använder liposomer för att minska ackumulering av doxorubicin i myokardvävnad och därigenom minska kardiotoxicitet. Sådana nanopartiklar är dock beroende av passiv inriktning av tumörer genom EPR-effekten , som varierar beroende på patient och tumörtyp. Aktiva inriktningsstrategier syftar till att öka läkemedelstransporten in i cellerna för att förbättra effektiviteten och motverka resistens mot flera läkemedel.
Förutom doxorubicin har RGD-konjugerade nanomaterial använts för att leverera kemoterapeutika cisplatin , docetaxel , paklitaxel , 5-fluorouracil och Gemcitabin till cancerceller. Sådana nanomaterial har också använts för att leverera cytotoxiska och vaskulärt störande kombinationsterapier.
Genleverans
Medan genterapi har fått stor uppmärksamhet från det medicinska samfundet, särskilt för cancerterapi, har bristen på säkra och effektiva genleveransvektorer blivit en flaskhals för klinisk översättning. Även om virala vektorer uppvisar hög transfektionseffektivitet och skyddar levererade gener, finns det säkerhetsproblem förknippade med immunsvar mot viruset. Många icke-virala vektorer har föreslagits, speciellt katjoniska lipider och polymerer . Dessa visar emellertid låg transfektionseffektivitet jämfört med virus. Därför har RGD kopplats till icke-virala vektorer för att rikta leverans av genetiskt material till de önskade cellerna, och därigenom öka transfektionseffektiviteten .
Vävnadsteknik
Tissue engineering syftar till att ersätta förlorade eller skadade vävnader i kroppen. Framgången för sådana ansträngningar har i hög grad varit beroende av förmågan att styra cellbeteende och uppmuntra regenerering av vävnader. En nyckelmetod för att göra det använder ECM-härledda ligander såsom RGD för att kontrollera cellulära svar på ett biomaterial , såsom vidhäftning, proliferation och differentiering.
Vaskulär vävnad
Höga frekvenser av hjärt-kärlsjukdom skapar en hög efterfrågan på transplantat för vaskulär bypass-kirurgi, särskilt transplantat med liten diameter som förhindrar ocklusion . Modifiering av vaskulära vävnadstransplantat med RGD har visat sig hämma trombocytadhesion, förbättra cellinfiltration och förbättra endotelisering. Det har också gjorts försök att regenerera skadad hjärtvävnad genom att applicera hjärtplåster efter hjärtinfarkt. Tillägget av RGD på en hjärtvävnadsställning har visat sig främja cellvidhäftning, förhindra apoptos och förbättra vävnadsregenerering. RGD-peptid har också använts för att förbättra endotelcellsadhesion och proliferation på syntetiska hjärtklaffar.
Benvävnad
Bendefekter eller frakturer kan uppstå på ett antal sätt, inklusive trauma, neoplasm, osteoporos eller medfödda störningar. Behandlingar såsom autotransplantat eller allotransplantat lider av brist på donatorställen respektive risk för smittsam sjukdom. Det finns därför ett stort intresse för att utveckla vävnadskonstruerade benkonstruktioner, som bör uppmuntra vävnadsregenerering. Att belägga ett implantat med RGD har visat sig förbättra bencellsvidhäftning, proliferation och överlevnad. In vivo- studier av sådana beläggningar visade dessutom förbättrad osseointegration . Modifiering av en titanimplantatyta med ett protein innehållande RGD förbättrade benmineralisering och implantatintegrering och förhindrade fel på protesen.
Ögonvävnad
Skador på hornhinnan orsakar betydande synnedsättning, den vanligaste behandlingen för detta är transplantation av allograft hornhinna. Givarhornhinnetransplantat är dock en bristvara och, liksom andra vävnadstransplantat, medför risken för avstötning eller smittsam sjukdom. Sålunda är vävnadskonstruerade alternativ önskvärda. I silkesbiomaterialställningar som replikerar den hierarkiska strukturen av hornhinnan , förbättrade tillägget av RGD cellvidhäftning, anpassning, proliferation och ECM- proteinuttryck . Dessutom har RGD använts vid regenerering av retinalt pigmenterat epitel. Denna vävnad kan genereras från mänskliga embryonala och inducerade pluripotenta stamceller , dock med ineffektiv differentiering . Det har visats att RGD- alginathydrogeler förbättrar härledningen av retinal vävnad från stamceller .
Presentation av ligand
RGD och andra bioaktiva ligander kan presenteras på ytan av ett biomaterial i ett antal olika rumsliga arrangemang, och det har visats att dessa arrangemang har en betydande inverkan på cellbeteende. I självmonterade monolager fann man att vidhäftning och proliferation av både humana navelvenendotelceller (HUVEC) och mänskliga mesenkymala stamceller (MSC) ökade som en funktion av RGD-peptiddensitet. Dessa studier visade också att RGD-densitet kan förändra integrinuttryck, vilket har postulerats för att möjliggöra kontroll av biokemiska signalvägar. Ytterligare undersökning av MSCs på självmonterade monolager visade att modulering av RGD-densitet och affiniteten för RGD för αvβ3 (genom användning av linjär och cykliserad RGD) kunde användas för att kontrollera differentieringen av MSC:er. Effekten av RGD-presentation på celler i 3D-biomaterial, som mer exakt replikerar in vivo -miljön, har också utvärderats. I nedbrytbara polyetylenglykolhydrogeler var längden av kapillärliknande strukturer bildade av HUVEC direkt proportionell mot densiteten av RGD i hydrogelen. Dessutom har studier inom nanomönster visat att, medan en ökning av global RGD-densitet ökar cellvidhäftningsstyrkan fram till mättnad, följer en ökning av lokal (miko/nano-skala) RGD-densitet inte denna trend.
Alternativ
RGD är den mest använda av en större klass av celladhesiva peptider. Dessa korta aminosyrasekvenser är minimimotivet för ett större protein som är nödvändigt för att binda till en cellytereceptor som driver celladhesion. Majoriteten (89 %) av publicerade studier på biomaterial funktionaliserade med celladhesiva peptider använder RGD, medan IKVAV och YIGSR används i 6 % respektive 4 % av dessa studier. Celladhesiva peptider isolerade från fibronektin inkluderar RGD, RGDS, PHSRN och REDV. YIGSR och IKVAV är isolerade från laminin, medan DGEA och GFOGER/GFPGER är isolerade från kollagen. Artificiella aminosyrasekvenser, som inte har någon biologisk likhet med ECM-proteiner, har också syntetiserats och inkluderar den α5β1-specifika peptiden RRETAWA.
| Peptid | Källa | Receptor Integrin | Stora användningsområden | Referenser |
|---|---|---|---|---|
| RGD(S) | Fibronektin | α3β1, α5β1, α8β1, αvβ1, αvβ3, αvβ5, αvβ6, αIIbβ3 | Främjar cellvidhäftning, riktar sig mot tumörer, används för läkemedelsupptäckt | , |
| PHSRN | Fibronektin | α5β1 | Synergistisk för celladhesion när den är kovalent fäst till RGD | , |
| REDV | Fibronektin | α4β1 | Främjar vidhäftning av endotelceller | , |
| YIGSR | Laminin | α4β1 | Främjar cellvidhäftning, hämmar angiogenes och tumörtillväxt | , |
| IKVAV | Laminin | α3β1 | Främjar cellvidhäftning och neuritutväxt | , |
| DGEA | Kollagen typ I | α2β1 | Hämmar vidhäftning av blodplättar eller adenokarcinom till kollagen | , |
| GFOGER/GFPGER | Kollagen typ I | α1β1 och α2β1 | Främjar osteogenes i biomaterial | , |
| Eptifibatid | Kommer från ormgift | αIIbβ3 | Tromboshämning | |
| RRETAWA | Syntetisk | α5β1 | Främjar vidhäftning av endotelceller utan vidhäftning av blodplättar | , |
Kemiska modifieringar
Linjära RGD-peptider lider av låg bindningsaffinitet, snabb nedbrytning av proteaser och brist på specificitet för integrintyp. RGD kan cykliseras, eller göras till en cyklisk förening , via disulfid, tioeter eller stela aromatiska ringlänkar. Detta leder till en ökning av bindningsaffinitet och selektivitet för integrin αVβ3 i förhållande till αIIBβ3. Till exempel visades den cykliska peptiden ACDCRGDCFCG, även känd som RGD4C, vara 200 gånger mer potent än vanliga linjära RGD-peptider. Den strukturella styvheten hos cykliska RGD-peptider förbättrar deras bindningsegenskaper och förhindrar nedbrytning av den mycket känsliga asparaginsyraresten, vilket ökar deras stabilitet. Många RGD-derivatläkemedel och diagnostik är cykliserade, inklusive Eptifibatide, Cilengitide, CEND-1 och 18 F-Galacto-RGD och 18 F-Fluciclatide-RGD.