RESUMO
Resumo A PEGuilação, reação química de conjugação com a molécula de polietilenoglicol (PEG) ou polietilenoglicol metil éter (mPEG), tem sido amplamente aplicada pelas indústrias farmacêuticas como estratégia de melhoria das propriedades farmaco-cinéticas de compostos bioativos. O PEG é um polímero que possui um esqueleto de poliéter quimicamente inerte e que apresenta grupos hidroxilas (-OH) em suas extremidades. Assim, o PEG para tornar-se apto como reagente de conjugação deve ser ativado com um grupo funcional que seja reativo. Nesse sentido, a bromoaceti-lação apresenta-se como uma alternativa para a funcionalização do PEG. Portanto, nesse trabalho objetivamos descrever em detalhes os procedimentos e o mecanismo de reação envolvida na funcionalização do mPEG, através da reação de bromoacetilação. Além do mais, estudamos a aplicação do MALDI-ToF para a caracterização do produto ativado. Após a bromoacetilação, por um procedimento adaptado, obteve-se o bromoacetil-mPEG-éster, com rendimento bruto de 56,78%. Análises posteriores, por espectrometria de massas por MALDI-ToF, possibilitaram identificar e caracterizar o produto bromoacetilado. Entre as condições de reação, o controle de temperatura (-10 °C a 0 °C) mostrou-se eficaz favorecendo a adição nucleofílica essencial à bromoacetilação. Assim, concluímos que o controle da baixa temperatura reacional é um fator chave para o favorecimento da adição nucleofílica à carbonila e, portanto, essencial na obtenção do mPEG funcionalizado via bromoacetilação. Estudos posteriores serão necessários, no entanto, para confirmar se o mPEG esterificado, nessas condições, poderá ser utilizado na conjugação com moléculas de natureza proteica ou peptídica, por meio de substituição nucleofílica bimolecular.
SUMMARY PEGylation, a chemical reaction of conjugation with the polyethylene glycol molecule (PEG), has been widely applied by the pharmaceutical industries as a strategy to improve the pharmacokinetic properties of bioactive compounds. PEG is a polymer that has a chemically inert polyether backbone and hydroxyl groups (-OH) at its ends. Thus, PEG to become fit as a reagent for conjugation must be activated with a functional group that is reactive. In this sense, bromoacetylation presents itself as an alternative for the functionalization of PEG. Therefore, in this study we aim to describe in detail the procedures and reaction mechanism involved in the functionalization of mPEG through the bromoacetylation reaction. In addition, we used the spectrometric technique, by MALDI-ToF, for the characterization of the activated product. After applying an adapted bromoacetylation procedure, bromoacetyl-mPEG-ester was obtained with a yield of 56.78%. Subsequent analyzes of MALDI-ToF mass spectrometry were able to correctly identify and characterize the bromoacety-lated product. Among the reaction conditions, temperature control (from -10 °C to 0 °C) was effective in favoring the essential nucleophilic addition to bromoacetylation. Thus, we conclude that the control of the low reaction temperature is a key factor in favoring the nucleophilic addition to carbonyl and, therefore, obtaining a favorable conversion to functionalized PEG via bromoacetylation. Further studies, however, will be necessary to confirm whether PEG esterified with these conditions can be used in conjunction with molecules of a protein or peptide nature by means of bimolecular nucleophilic substitution.
RESUMEN La PEGilación, una reacción química de conjugación con la molécula de polietilenglicol (PEG), ha sido ampliamente aplicada por las industrias farmacéuticas como una estrategia para mejorar las propiedades farmacocinéticas de los compuestos bioactivos. El PEG es un polímero formado por un esqueleto de poliéter químicamente inerte con grupos hidroxilo (-OH) en sus extremos. Por lo tanto, para usar el PEG como reactivo de conjugación debe activarse con un grupo funcional que sea reactivo. En este sentido, la bromoacetilación es una alternativa para la funcionalización de PEG. De esta manera, en este trabajo nuestro objetivo es describir en detalle los procedimientos y el mecanismo de reacción involucrados en la funcionalización de PEG a través de la reacción de bromoacetilación. Además, estudiamos la aplicación de MALDI-ToF para la caracterización del producto activado. Después de aplicar un procedimiento de bromoacetilación adaptado, se obtuvo bromoacetil-mPEG-éster con un rendimiento bruto de 56,78%. Los análisis posteriores de espectrometría de masas por MALDI-ToF pudieron identificar y caracterizar correctamente el producto bromoacetilado. Entre las condiciones de reacción, el control de la temperatura (desde -10 °C hasta 0 °C) fue eficaz para favorecer la adición nucleofílica esencial a la bromoacetilación. Así, concluimos que el control de la baja temperatura de reacción es un factor clave para favorecer la adición nucleofílica al carbonilo y, por lo tanto, esencial para obtener el mPEG funcionalizado mediante la bromoacetilación. Sin embargo, serán necesarios más estudios para confirmar si el mPEG esterificado en estas condiciones puede usarse junto con moléculas de naturaleza proteica o peptídica por medio de la sustitución nucleófila bimolecular.
RESUMO
Polyethylene glycol (PEG) is polymer that was used to replace NaCl (reference media) as an osmotic stress agent for the synthesis of erythritol by the osmophilic yeast Yarrowia lipolytica. Two strains, the wild-type strain IMUFRJ 50682 and the lab strain W29, were grown in the presence of PEG of different molecular weights. For strain IMUFRJ 50682, the erythritol titer was increased by 40% in the presence of PEG2000 as compared to the reference media (with NaCl). A similar increase was also observed for strain W29, except that it occurred in the presence of PEG6000. Moreover, in those experimental conditions neither strain produced mannitol, in contrast to the control medium. These results highlight that PEG could be used to increase erythritol productivity and to simultaneously inhibit mannitol synthesis, representing a good substitute for NaCl as an osmotic stress agent.
Assuntos
Eritritol/biossíntese , Pressão Osmótica , Yarrowia/crescimento & desenvolvimento , Meios de Cultura/farmacologia , Polietilenoglicóis/farmacologiaRESUMO
In this work we have investigated the role of high molecular weight poly(ethylene-glycol) 8000 (PEG 8000) in modulating the interactions of the DNA molecule with two hydrophobic compounds: Ethidium Bromide (EtBr) and GelRed (GR). Both compounds are DNA intercalators and are used here to mimic the behavior of more complex DNA ligands such as chemotherapeutic drugs and proteins whose domains intercalate DNA. By means of single-molecule stretching experiments, we have been able to show that PEG 8000 strongly shifts the binding equilibrium between the intercalators and the DNA even at very low concentrations (1% in mass). Additionally, microcalorimetry experiments were performed to estimate the strength of the interaction between PEG and the DNA ligands. Our results suggest that PEG, depending on the system under study, may act as an "inert polymer" with no enthalpic contribution in some processes but, on the other hand, it may as well be an active (non-neutral) osmolyte in the context of modulating the activity of the reactants and products involved in DNA-ligand interactions.