Glycoengineering of Therapeutic Peptides for Improved Treatment of Human Diseases

项目摘要 肽现在被广泛用于治疗人类疾病，并且代表了快速增长的一类治疗剂， 生物制药市场。一般来说，肽具有高特异性和效力的优点，但是肽的特异性和效力不高。 易聚集和蛋白水解降解的缺点。 由于这些缺点， 治疗性肽通常通过注射给药， 在循环生物活性肽的情况下，这样的注射通常是频繁的。 这使得治疗过程 昂贵，不方便，有时对患者有危险，特别是在长期治疗期间， 慢性病为了解决这些问题，已经进行了许多尝试来开发侵入性较小的途径以用于治疗。 肽给药。 通过选择性地延缓药物在胃的酸性环境中的释放， 由于使用pH敏感聚合物，肽现在可以有效地输送到小肠， 大多数药物吸收发生在口服递送之后。 肽在小肠中的吸收不是， 然而，没有挑战。 例如，通过位于小分子中的蛋白酶的自组装缔合和降解， 肠腔可显著降低肽的生物利用度。 最近，我们已经证明，肽的几乎所有相关的物理性质都可以被改变。 通过将特定的聚糖连接到柔性或脆性区域来改变。 基于这些结果，我们假设 在肽工程中使用聚糖的更好的指导方针可以通过深入研究 糖基化对人胰岛素和胰高血糖素β 1样肽的影响 (GLP-（1991）。 我们提出的研究的目的是通过化学合成来验证这一假设， 不同O-β糖基化胰岛素和GLP-β 1变体集合的生物学表征。我们将开始 我们的研究是通过研究O-β连接的聚糖如何调节胰岛素的各种性质。为实现这些目标将 设计、定量然后比较合成制备的、纯的和 在糖基化模式（糖基化位点， 聚糖大小和结构）和/或氨基酸序列。 在研究的第二部分，我们将使用 类似的策略来评估O-β糖基化对GLP-GLP-1性质的影响。 这项研究是开发合理的糖工程治疗方法的首次尝试之一。 肽，重点是O-糖基化。预计拟议研究的结果将导致更好的 了解肽糖工程，O-糖基化，并促进新的治疗药物的开发 用于治疗人类疾病的肽。

Project Summary      Peptides  are  now  widely  used  to  treat  human  diseases  and  represent  a  fast-­growing  class  of  therapeutics  in  the biopharmaceutical market. In general, peptides have the advantages of high specificity and potency but the  disadvantages  of  being  susceptible  to  aggregation  and  proteolytic  degradation.  Because  of  these  drawbacks,  therapeutic  peptides  are  often  administered  through  injections  and,  in  order  to  maintain  sufficient  levels  of  circulating  biologically  active  peptides,  such  injections  are  often  frequent.  This  makes  the  treatment  process  expensive,  inconvenient,  and  occasionally  dangerous  to  patients,  particularly  during  long-­term  treatment  of  chronic diseases. To address these issues, many attempts have been made to develop less invasive routes for  peptide  administration.  By  selectively  retarding  drug  release  in  the acidic  environment of  the  stomach  through  the  use  of  pH  sensitive  polymers,  peptides  can  now  be  efficiently  conveyed  to  the  small  intestine,  where  the  majority  of  drug  absorption  occurs  after  oral  delivery.  The  absorption  of  peptides  in  the  small  intestine  is  not,  however,  free  of  challenges.  For  example,  self-­association  and  degradation  by  proteases  located  in  the  small  intestinal lumen can significantly lower the bioavailability of peptides.  Recently,  we  have  demonstrated  that  almost  all  of  the  relevant  physical  properties  of  peptides  can  be  altered  by  attaching  particular  glycans  to  flexible  or  fragile  regions.  Based  on  these  results,  we  hypothesize  that  better  guidelines  of  using  glycans  in  peptide  engineering  can  be  developed  by  deeply  examining  the  effects of glycosylation on two representative therapeutic peptides: human insulin and glucagon-­like peptide-­1  (GLP-­1).  The  objective  of  our  proposed  research  is  to  test  this  hypothesis  through  chemical  synthesis  and  biological characterization of collections of differently O-­glycosylated insulin and GLP-­1 variants. We will begin  our study by investigating how O-­linked glycans modulate various properties of insulin. This will be achieved by  designing,  quantifying  and  then  comparing  the  properties  of  a  library  of  synthetically  prepared,  pure,  and  homogeneous  insulin  glycoforms  with  systematic  variations  in  glycosylation  patterns  (glycosylation  sites,  glycan  sizes  and  structures)  and/or  amino  acid  sequences.  In  the  second  part  of  the  study,  we  will  use  a  similar strategy to evaluate the effects of O-­glycosylation on the properties of GLP-­1.   The proposed study is one of the first attempts to develop a rational approach to glycoengineer therapeutic  peptides with a focus on O-­glycosylation. The results of the proposed research are expected to lead to a better  understanding of peptide glycoengineering, O-­glycosylation, and facilitate the development of novel therapeutic  peptides for the treatment of human diseases.