Modification of tumor-seeking peptides with fluorescent and metal cheating non proteinogenic aminoacids

Abstract

Among the various existing techniques in the field of clinical diagnosis, imaging techniques can have a major role, for example in the diagnosis of cancer. Fluorescencebased techniques have gained increasing importance in recent years and the search for new and more specific fluorophores is a current thrust in this research area. Non natural amino acids containing heterocycles have been described as fluorescent and / or colorimetric sensors for anions and metal cations. Hence, the development of fluorescent peptides capable of coordinating metals, by incorporating modified amino acids, has a potential application for use in vivo and in vitro. For this study a set of non proteinogenic amino acid analogues with fluorescent properties and metal chelating abilities were synthesized by classical organic methods, followed by their incorporation into selected peptides by solid phase peptide synthesis methods. These modified peptides were subsequently studied by computer calculations to evaluate the interaction probability with the selected metal ions, and also by fluorescence techniques. The synthesised peptides were tested for their coordinating ability towards Cu2+, Pd2+, Hg2+, Pb2+ and Co2+, in order to act as models for common radionuclides such as 99mTc, 186Re, 67Ga or 67Cu. The coordinating process between the peptide and the metal cation was followed by spectrofluorimetric titrations which revealed in most cases a strong quenching effect of the fluorescence intensity. It was possible to prove that the fluorescence of the amino acids remained even after coupling on the peptide chain and that they retained the ability of chelating metal ions, this being shown by the quenching of fluorescence effect. These results suggest that these peptide derivatives can be used as sensors of copper, cobalt, mercury, lead and palladium.

Entre as várias técnicas existentes na área do diagnóstico clínico, as técnicas de imagiologia podem ter um papel preponderante, como por exemplo no diagnóstico de cancro. As técnicas baseadas na espectroscopia de fluorescência têm vindo a ganhar importância em anos recentes e a procura de fluoróforos novos e mais específicos é um tópico actual nesta área de investigação. Os aminoácidos não naturais que contêm heterociclos têm sido descritos como sensores fluorescentes e/ou colorimétricos para aniões e catiões metálicos, e biomarcadores, e podem representar a solução para uma nova gama de péptidos fluorescentes. Como isto, o desenvolvimento de péptidos fluorescentes capazes de coordenar metais, pela incorporação de aminoácidos modificados, tem um potencial de aplicação para utilização in vivo e in vitro. Para este trabalho foi sintetizado um conjunto de análogos de aminoácidos não proteinogénicos com propriedades fluorescentes e capacidade quelante de iões metálicos por métodos orgânicos clássicos, seguido da sua incorporação em péptidos selecionados através de metodologias de síntese peptídica em fase sólida. Estes péptidos modificados foram posteriormente estudados por cálculos computacionais, para avaliação da probabilidade reacional com os catiões metálicos selecionados, e também por espectroscopia de fluorescência. Os péptidos sintetizados foram testados na sua capacidade coordenadora dos catiões Cu2+, Pd2+, Hg2+, Pb2+ e Co2+, de modo a poderem actuar como modelos para os radionuclideos comuns como 99mTc, 186Re, 67Ga ou 67Cu. O processo de coordenação entre o péptido e o catião metálico foi seguido por titulações espectrofluorimétricas que revelaram na maioria dos casos um forte quenching da intensidade da fluorescência. Foi possível provar que a fluorescência dos aminoácidos se manteve mesmo após o acoplamento à cadeia peptídica e que estes mantiveram a capacidade quelante de catiões metálicos, demonstrado pelo efeito de quenching de fluorescência. Estes resultados sugerem que estes derivados peptídicos possam ser utilizados como sensores de cobre, cobalto, mercúrio, chumbo e paládio.