Wat is SS-31? Elamipretide: structuur, cardiolipinemechanisme en onderzoeksoverzicht

SS-31 is een synthetisch peptide van vier residuen, D-Arg-Dmt-Lys-Phe-NH2, ontworpen om zich op te hopen in het mitochondriale binnenmembraan en daar cardiolipine te binden — het kenmerkende fosfolipide van dat membraan. Anders dan de mitochondriaal afgeleide peptiden wordt het nergens in het genoom gecodeerd; het is een ontworpen molecuul uit de aromatisch-kationische Szeto–Schiller-reeks, en zijn bepalende eigenschap is targeting en geen receptoragonisme. Het wordt ook gecatalogiseerd als elamipretide, MTP-131 en Bendavia en is klinisch het verst gevorderde molecuul in het mitochondriale segment van deze catalogus, met een registratiegericht onderzoeksprogramma achter zich.

Peptide Medix EU levert SS-31 (Elamipretide) als gevriesdroogd poeder in flacons van 10 mg, 30 mg en 50 mg binnen het assortiment mitochondriale peptiden.

Wat is SS-31?

SS-31 is een tetrapeptide met een afwisselend kationisch-aromatisch residupatroon: D-arginine, 2',6'-dimethyl-L-tyrosine (Dmt), lysine en fenylalanine, afgesloten met een C-terminaal amide. De identificatoren zijn CAS 736992-21-5, molecuulformule C32H49N9O5 en molecuulmassa 639,80 g/mol.

Elk structuurelement heeft een functie. Het D-arginine op positie 1 is bestand tegen splitsing door aminopeptidasen; het C-terminale amide verwijdert het vrije carboxylaat en daarmee ook het substraat voor carboxypeptidasen. De netto lading van +3 drijft de ophoping in de mitochondriale matrixruimte aan, terwijl de twee aromatische zijketens het molecuul voldoende lipofiel karakter geven om zich in een membraan te verdelen. Het Dmt-residu is helemaal geen proteïnogeen aminozuur — het is een synthetisch tyrosinederivaat dat de aromaticiteit en de metabole stabiliteit verhoogt. Het resultaat is een peptide dat zich in mitochondriën concentreert op basis van fysische chemie en niet via receptorbinding of een importsequentie.

Oorsprong en structuur

De Szeto–Schiller-reeks kwam voort uit werk van Hazel Szeto en Peter Schiller in het begin van de jaren 2000. Het vertrekpunt stond er los van: opioïde peptideanalogen rond Dmt, waarbij de groep opmerkte dat bepaalde kationisch-aromatische sequenties zich in mitochondriën enkele duizenden malen sterker concentreerden dan hun extracellulaire concentratie. Latere leden van de reeks, waaronder SS-31, werden zo ontworpen dat de mitochondriale targeting behouden bleef terwijl de activiteit op opioïdreceptoren verdween, en van SS-31 wordt gerapporteerd dat het bij de in mitochondriaal onderzoek gebruikte concentraties geen betekenisvolle opioïde activiteit vertoont.

Een belangrijk verschil met eerdere strategieën voor mitochondriale targeting: de opname van SS-31 is niet afhankelijk van de membraanpotentiaal. Aan trifenylfosfonium geconjugeerde verbindingen hopen zich op omdat de matrix elektrisch negatief is, wat betekent dat ze juist falen in de gedepolariseerde, disfunctionele mitochondriën die ze moeten bereiken. De ophoping van SS-31 is potentiaalonafhankelijk, en dat is het praktische argument om het te gebruiken in modellen van mitochondriale disfunctie.

Hoe SS-31 vermoedelijk werkt

Het in de literatuur gerapporteerde mechanisme draait om cardiolipine, een fosfolipide met vier staarten dat vrijwel uitsluitend in het mitochondriale binnenmembraan voorkomt, waar het de plooien van de cristae organiseert en de complexen van de ademhalingsketen in supercomplexen bijeenhoudt. SS-31 bindt cardiolipine via een combinatie van elektrostatische en hydrofobe interacties.

Er worden twee gevolgen verderop in de keten gerapporteerd. Ten eerste verankert cardiolipine normaal gesproken cytochroom c aan het membraan; wanneer die interactie verschuift, krijgt cytochroom c peroxidaseactiviteit, oxideert het cardiolipine en zet het de afgiftecascade in gang die tot apoptose leidt. Van binding door SS-31 wordt gerapporteerd dat ze de associatie tussen cytochroom c en cardiolipine in de configuratie van elektronendrager stabiliseert en het peroxidasegedrag onderdrukt. Ten tweede wordt gerapporteerd dat de architectuur van de cristae en de organisatie van de supercomplexen verbeteren in modellen waarin ze verstoord waren, met daarmee samenhangende veranderingen in de ademhalingsefficiëntie en een verminderde elektronenlekkage naar reactieve zuurstofspecies.

Voor de proefopzet is van belang dat SS-31 geen antioxidant is in de zin van een scavenger. Zijn gerapporteerde werking is structureel — het herstellen van een organisatorisch kenmerk van een membraan zodat er minder reactieve species worden gevormd — en niet het achteraf neutraliseren van species. Het heeft ook geen geïdentificeerde receptor, omdat het er geen nodig heeft.

Wat het onderzoek heeft bestudeerd

Ischemie-reperfusie en cardiale modellen

De omvangrijkste preklinische literatuur betreft modellen van cardiale ischemie en reperfusieschade bij knaagdieren en grote dieren, met gerapporteerde verkleining van de infarctgrootte en behoud van de mitochondriale ademhaling. Modellen van renale ischemie-reperfusie laten een parallel onderzoekscorpus zien.

Primaire mitochondriale myopathie

De centrale inspanning van het klinische programma lag bij primaire mitochondriale myopathie, waar een fase 3-studie rapporteerde dat het primaire functionele eindpunt niet werd gehaald, ondanks signalen uit eerdere fasen. Dit is een leerzaam resultaat: een mechanisme dat preklinisch goed presteert, vertaalde zich niet zonder meer naar een functionele klinische uitkomst.

Barth-syndroom

Het Barth-syndroom wordt veroorzaakt door mutaties in tafazzine, het enzym dat cardiolipine hermodelleert, wat het de mechanistisch meest directe indicatie maakt voor een cardiolipinebindend molecuul. Er zijn een cross-overstudie en de open-labelextensie daarvan gerapporteerd, en de beoordeling door regelgevende instanties van elamipretide voor deze zeldzame aandoening is de afgelopen jaren in ontwikkeling geweest. Wat de huidige status ook is, een goedgekeurd geneesmiddel is niet dezelfde stof als materiaal van onderzoekskwaliteit, en de twee mogen nooit met elkaar worden verward.

Oftalmologische en leeftijdsgebonden modellen

Studies bij droge leeftijdsgebonden maculadegeneratie en geografische atrofie onderzochten de functie van het retinale pigmentepitheel, een toepassing die is ingegeven door de hoge mitochondriale dichtheid van dat weefsel.

Veroudering en skeletspier

Studies bij knaagdieren en ex-vivostudies met humane spier hebben mitochondriale ademhaling, ATP-productie en vermoeidheidsbestendigheid in verouderd weefsel onderzocht en verbeteringen in ademhalingsparameters gerapporteerd. Dit is preklinisch onderzoek.

Vormen en formaten die wij leveren

Drie formaten overbruggen het verschil tussen in-vitroreeksen op plaatschaal en grootschaliger preklinisch onderzoek. De vergelijking met het mitochondriaal gecodeerde alternatief staat in MOTS-c vs SS-31.

Reconstitutie en opslag in een laboratoriumcontext

SS-31 is vrij oplosbaar in water en in bacteriostatisch water — een kort, sterk kationisch peptide lost ongeveer zo gemakkelijk op als een peptide maar kan. Het oplosmiddel wordt langs de wand van de flacon toegevoegd en de flacon wordt gezwenkt in plaats van geschud.

De rekensom is een laboratoriumberekening: een flacon van 30 mg aangevuld met 3 mL oplosmiddel geeft 10 mg/mL, oftewel 10.000 mcg/mL, zodat 0,1 mL — de markering van 10 eenheden op een U-100-spuit — 1.000 mcg bevat. Bij 639,80 g/mol komt 1 mg overeen met ongeveer 1,56 µmol, een nuttig getal omdat het meeste gepubliceerde in-vitroonderzoek met dit molecuul in molaire en niet in massa-eenheden wordt uitgedrukt. Methodische details staan in onze reconstitutiegids.

Gevriesdroogde flacons worden bewaard bij −20 °C, afgesloten en beschermd tegen licht en vocht. Gereconstitueerd materiaal wordt binnen het studievenster bij 2–8 °C bewaard, of voor langer lopend onderzoek in aliquots verdeeld en ingevroren. Het Dmt-residu is een fenol en is oxidatiegevoelig, dus bescherming tegen licht en lucht is hier net zo belangrijk als bij tyrosinebevattende peptiden in het algemeen. De bredere praktijk staat in hoe u peptiden bewaart.

Zuiverheid, COA en hoe u het leest

Identiteitsbevestiging bestaat uit een massaspectrometrieresultaat dat overeenkomt met 639,80 g/mol. Voor deze sequentie is de stereochemie de specificatie die een routinecertificaat het minst waarschijnlijk aantoont: het arginine moet het D-enantiomeer zijn, en een massaspectrum kan D niet van L onderscheiden. Waar enantiomere zuiverheid voor het experiment van belang is, is chirale HPLC of aminozuuranalyse de relevante test, en de aanwezigheid daarvan op een certificaat is een reëel kwaliteitssignaal. Daarnaast gelden de gebruikelijke vermeldingen — zuiverheid als oppervlak van de hoofdpiek, tegenion (zuivering met reversed-phase laat normaal gesproken een TFA-zout achter), lotnummer en productiedatum. Onze gids voor het lezen van een analysecertificaat van peptiden behandelt elk onderdeel.

Regelgevingsstatus

Elamipretide is het onderwerp geweest van een omvangrijk klinisch programma en van beoordeling door regelgevende instanties voor een zeldzame mitochondriale aandoening, en die status is de afgelopen jaren veranderd. Twee punten gelden hoe dan ook. Het hier geleverde materiaal van onderzoekskwaliteit is geen farmaceutisch product, is niet volgens farmaceutische normen vervaardigd en is niet gelijkwaardig aan enig goedgekeurd geneesmiddel of geneesmiddel in onderzoek met dezelfde molecuulnaam. Er is geen goedgekeurde toepassing voor, in welke vorm dan ook.

Verwante peptiden en verder lezen

De genomisch gecodeerde vertegenwoordigers in dit veld zijn MOTS-c en Humanin, beide mitochondriaal afgeleide peptiden die werken via signalering en niet via membraantargeting. Aan de kant van de cofactoren richt NAD+ zich op de redoxcapaciteit en niet op de membraanstructuur. Een bredere oriëntatie biedt ons onderzoeksoverzicht van peptiden voor energie en mitochondriën.