Forskere viser, hvad der driver en roman, bestilt samling af alternerende peptider

Et team af forskere har bekræftet, at det er muligt at konstruere to-lags nanofibre bestående af en ordnet række af alternerende peptider, og har også bestemt, hvad der får disse peptider til automatisk at samles i dette mønster. Den grundlæggende opdagelse rejser muligheden for at skabe skræddersyede "ABAB" peptid nanofibre med en række biomedicinske anvendelser.

Peptider er små proteiner, består af korte strenge af aminosyrer. Det er veletableret, at peptider kan samle sig selv til nanofibre sammensat af beta-sheets. Imidlertid, at selvsamling normalt involverer identiske kopier af det samme molekyle - molekyle A forbindes med et andet molekyle A.

Det nye arbejde beviser ikke kun, at alternerende peptider kan skabe disse beta-ark – i et ABAB-mønster – men hvorfor det sker.

"Vores team trak på beregningssimuleringer, kernemagnetisk resonans (NMR) observationer og eksperimentelle tilgange til dette arbejde, og vi ved nu, hvad der driver skabelsen af ​​disse alternerende peptidstrukturer, " siger Carol Hall, tilsvarende forfatter til et papir om arbejdet og Camille Dreyfus Distinguished University Professor of Chemical and Biomolecular Engineering ved North Carolina State University.

"Dette er vigtigt, fordi når du først forstår, hvorfor peptider i disse ABAB-strukturer opfører sig på denne måde, du kan udvikle flere af dem, " siger Hall.

Til denne undersøgelse, forskere arbejdede med et par peptider kaldet CATCH(+) og CATCH(-). Når det introduceres i en løsning, peptiderne opstiller sig i en række, alternerer de to peptider. Peptiderne samles også i to beta-sheet-lag pr. nanofiber.

Selve undersøgelsen involverede tre komponenter. Greg Hudallas laboratorium ved University of Florida skabte peptiderne, faciliterede samsamlingen af ​​peptid-beta-arkene og udførte eksperimentelt arbejde, der gav et overblik over systemet og dets adfærd. Hudalla var medforfatter til papiret og er lektor i UF's J. Crayton Pruitt Family Department of Biomedical Engineering.

I mellemtiden Anant Paravastus team ved Georgia Tech brugte solid-state NMR til at måle de præcise relative positioner af atomer og molekyler i ABAB peptid beta-ark. Paravastu var medforfatter til papiret og er lektor ved Georgia Tech's School of Chemical and Biomolecular Engineering.

Til sidst, Halls team i NC State gennemførte beregningssimuleringer for at bestemme, hvad der drev den adfærd, forskerne ved UF og Georgia Tech så.

Der ser ud til at være flere kræfter på spil i at styre samlingen af ​​de alternerende peptidstrukturer. En af de to typer peptider er negativt ladet, mens den anden type er positivt ladet. Fordi positivt og negativt tiltrækker hinanden, mens peptider med samme ladning frastøder hinanden, dette fører til den skiftende rækkefølge af peptider i strengen.

Et andet aspekt af systemets organisation, stablingen, er drevet af typerne af aminosyrer i hvert peptid. Specifikt, nogle af aminosyrerne i hvert peptid er hydrofobe, mens andre er hydrofile. De hydrofobe aminosyrer, træde i kræft, ønsker at holde fast i hinanden, hvilket resulterer i to-lags "stabling" -effekten, der ses i beta-arkene.

"Det er vigtigt, at forskellige kræfter balancerer for at producere målstrukturen, "Hall siger." Hvis en af ​​de molekylære kræfter er for stærk eller for svag, molekylerne opløses muligvis aldrig i vand eller genkender muligvis ikke deres tilsigtede partnere. I stedet for en ordnet nanostruktur, molekylerne kunne danne et uorganiseret rod, eller slet ingen struktur. "

"Vi er interesserede i dette, fordi det giver os et indblik i den grundlæggende natur af, hvordan disse systemer kan fungere, "Siger Hudalla." Vi er ikke bekendt med nogen lignende samlingssystemer i naturen, der ligner det system, vi har lavet her.

"Sammontering af peptidsystemer lover godt for biomedicinske anvendelser, fordi vi kan binde proteiner til A- eller B-peptiderne, der har en specifik nytte. F.eks. vi kunne skabe et peptidstillads, der rummer en regelmæssig række af enzymer, og disse enzymer kunne tjene som katalysatorer til at påvirke kropskemi i lokale områder."

"De strukturer, vi laver her, er imponerende, men de er stadig ikke så præcise og komplekse som biologiske strukturer, vi ser i naturen, " siger Paravastu. "På samme måde, vi er ikke opmærksomme på naturlige strukturer, der indeholder denne alternerende peptidstruktur. Dette er en god start. Vi er spændte på at se, hvor det ender hen."

"Dette arbejde ville ikke have været muligt uden at trække på de forskellige ekspertiseområder i denne forskergruppe, " siger Hall.