Designer-peptoider efterligner naturens helixer

Som hånden i handske

Chen og hans kolleger gik sammen med University of Washington, University of Chicago og Georgia Institute of Technology for at designe peptoid-samlinger med præcise former. Deres eksperiment involverer at styre helixens "handedness". Helices kan være "venstrehåndede" eller "højrehåndede" afhængigt af den retning, de spiraler i. Deres resultater blev offentliggjort i Nature Communications .

"Håndhed er ekstremt vigtigt, når man designer specialiserede molekyler, såsom medicin," sagde Chen. "Forståelse og kontrol af denne håndfasthed kan give indsigt i processer som proteinsamling og kan være værdifuld for at finde kure mod proteinfoldningsrelaterede sygdomme såsom Alzheimers sygdom."

Til dette eksperiment valgte Chen og hans team at forfølge proptrækkerlignende spiralstrukturer på grund af deres biologiske betydning. Faktisk indeholder de fleste proteiner disse grundlæggende spiralformede strukturer.

Tidligere peptoidsyntesemetoder ville give en blanding af venstre- og højrehåndede helixer. I naturen skal proteiner være i en bestemt form for at udføre deres funktioner - de fleste er venstrehåndede.

"Andre grupper før os var i stand til at syntetisere peptoid nanohelices, men præcis at kontrollere deres former og håndhævelse forblev en udfordring," sagde Chen. "At være i stand til at kontrollere deres former ville ikke kun åbne døren for design af fremtidige materialer, det ville også give indsigt i biologiske processer, der involverer disse strukturer."

Ved at bruge en kombination af eksperimentelle og beregningstekniske teknikker opdagede Chen og hans team en måde at kontrollere håndfastheden af ​​en peptoid helix på. I lighed med proteiner skabes peptoider ud fra aminosyrelignende byggesten.

Hver byggesten har de samme "rygrad"-atomer, der danner peptoidbindinger, men hvert enkelt led i kæden kan variere enormt. Chens gruppe fandt ud af, at de kunne kontrollere helixens form ved at manipulere sekvensen af ​​de peptoide sidekæder.

Tilføjelse af en anden dimension til peptoidforskning

For yderligere at undersøge, hvordan peptoider kan samles, samarbejdede Chen med kolleger fra University of Washington, Harvard University, Binghamton University og Zhejiang Sci-Tech University. I forlængelse af deres tidligere todimensionelle undersøgelser af peptoidstrukturer var holdet i stand til med succes at udvikle en tredimensionel spiralformet nanostruktur.

De observerede, at inklusion af specielle "funktionelle grupper" af atomer i deres peptoidsekvenser tillod dem at skabe strukturer med specielle funktioner - svarende til proteinsamlinger. Deres arbejde blev udgivet i Angewandte Chemie .

"Selvom dette er en grundlæggende undersøgelse, giver denne forskning os yderligere indsigt i, hvordan vi kan skabe bedre, mere præcise materialer - som dem, der findes i naturen - til specifikke applikationer," sagde Chen. "Peptoider har potentiale til at blive brugt i en række forskellige applikationer. Baseret på deres struktur og andre egenskaber er det muligt at designe peptoider som lægemiddelleveringsmidler eller kunstige lys-høstsystemer."

I fremtiden håber Chen og hans team at skabe en bred vifte af peptoid-baserede nanomaterialer til applikationer. Kontrol af peptoid form, som beskrevet i deres forskningsartikler, er blot det første skridt.

Flere oplysninger: Renyu Zheng et al., Samling af korte amfifile peptoider til nanohelices med kontrollerbar supramolekylær chiralitet, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46839-y

Li Shao et al., Hierarchical Self-Assembly of Multidimensional Functional Materials from Sequence-Defined Peptoids, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202403263

Journaloplysninger: Angewandte Chemie International Edition , Angewandte Chemie , Nature Communications

Leveret af Pacific Northwest National Laboratory