Взаимодействия стерической молнии в искусственном кристаллическом пептиде β

Jul 11, 2023

2 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Токийского технологического института

Стерические молнии представляют собой особый тип гидрофобной упаковочной структуры, которая образуется между двумя соседними слоями пептидных β-листов в амилоидных и подобных фибриллах. Эти структуры играют решающую роль в стабильности и распространении амилоидных фибрилл и могут помочь в разработке новых материалов на основе пептидов. Однако создание искусственных стерических застежек-молний является сложной задачей из-за сильной тенденции к агрегации пептидов β-листов. Это часто приводит к образованию гелей и фибрилл, что затрудняет получение структур в кристаллической форме.

Теперь в новом исследовании, опубликованном в Журнале Американского химического общества, исследователи из Японии под руководством доцента Томохиса Савада из Токийского технологического института (Tokyo Tech) представили новый подход к созданию кристаллических искусственных стерических застежек-молний.

«Хотя предыдущие исследования показали, что пептидные фрагменты, полученные из нативных белковых последовательностей, обладают стерическими структурами-молниями, их конструкция de novo редко изучалась», — объясняет доктор Савада.

Исследователи начали с получения индивидуальных тетрапептидных структур Boc-3pa-X1-3pa-X2-OMe, где Boc относится к трет-бутоксикарбонилу, 3pa представляет собой β-(3-пиридил)-ʟ-аланин, OMe представляет собой метоксигруппу, а X1 и X2 обозначают гидрофобные аминокислоты, а именно аланин, валин, лейцин, треонин и фенилаланин.

Структуры тетрапептидов были разработаны таким образом, что пиридильные группы и гидрофобные аминокислотные группы образовывали боковые цепи по обе стороны от основной цепи пептида. Такое специфическое расположение остатков в пептидной последовательности сыграло решающую роль в формировании стерических застежек в кристаллическом состоянии.

Тетрапептидные фрагменты вводили в микропробирки вместе с солью металла (Zn(NCS)2, AgNTf2 или AgOTf) и инкубировали при комнатной температуре. Эти соли способствовали образованию обратимых координационных связей между пиридиловой группой пептидов и ионами металлов. По сути, это взаимодействие предотвращало неконтролируемую агрегацию пептидов β-листа, приводящую к образованию игольчатых кристаллов, содержащих стерические застежки-молнии.

Используя различные комбинации гидрофобных аминокислот в пептидах, исследователи создали различные структуры стерических застежек-молний. Гидрофобные аминокислоты, содержащие метильные боковые цепи, такие как группы аланина, валина и лейцина, привели к образованию стерических застежек-молний класса 1 с пептидными остовами, расположенными параллельно друг другу.

Кроме того, тип взаимодействия между β-листами зависел от стерической объемности алкильных боковых цепей, присутствующих в гидрофобных аминокислотах. Например, тетрапептидные структуры, содержащие аланин, имеющий меньшую метильную боковую цепь, демонстрируют переплетенные структуры за счет взаимного переплетения. Напротив, когда алкильные боковые цепи гидрофобных аминокислот были больше, как в валине и лейцине, β-листы соединялись посредством гидрофобного контакта.

Примечательно, что исследователи впервые наблюдали стерическую молнию 3-го класса. Эти уникальные структуры возникли благодаря гидрофобным аминокислотам с боковыми группами, отличными от алкильных, таких как треонин и фенилаланин. В этих застежках-молниях два β-листа были обращены в одном направлении, что добавляло разнообразия стерическим конфигурациям застежек-молний.

Наконец, исследователи расширили систему до застежки-молнии типа «кнопка-дырка», используя фрагменты пентапептида. «Разработка пептидных материалов на основе стерических застежек до сих пор ограничивалась биологическими системами. Полученные результаты открывают новый путь для создания искусственных пептидных материалов на основе этих структур», — отмечает доктор Савада.