Een team van onderzoekers heeft geverifieerd dat het mogelijk is om tweelaagse nanovezels te maken die bestaan ​​uit een geordende rij afwisselende peptiden, en heeft ook bepaald waardoor deze peptiden automatisch in dit patroon worden samengevoegd. De fundamentele ontdekking verhoogt de mogelijkheid om op maat gemaakte "ABAB" peptide-nanovezels te maken met een verscheidenheid aan biomedische toepassingen.

Peptiden zijn kleine eiwitten, opgebouwd uit korte strengen aminozuren. Het is algemeen bekend dat peptiden zichzelf kunnen assembleren tot nanovezels die zijn samengesteld uit beta-sheets. Echter, die zelfassemblage omvat normaal gesproken identieke kopieën van hetzelfde molecuul - molecuul A maakt verbinding met een ander molecuul A.

Het nieuwe werk bewijst niet alleen dat afwisselende peptiden deze bètabladen kunnen maken - in een ABAB-patroon - maar ook waarom het gebeurt.

"Ons team maakte gebruik van computersimulaties, nucleaire magnetische resonantie (NMR) observaties en experimentele benaderingen voor dit werk, en we weten nu wat de creatie van deze alternerende peptidestructuren drijft, " zegt Carol Hall, corresponderende auteur van een paper over het werk en Camille Dreyfus Distinguished University Professor of Chemical and Biomolecular Engineering aan de North Carolina State University.

"Dit is belangrijk, want als je eenmaal begrijpt waarom peptiden in deze ABAB-structuren zich op deze manier gedragen, je kunt er meer van ontwikkelen, "zegt Halle.

Voor deze studie is onderzoekers werkten met een paar peptiden genaamd CATCH(+) en CATCH(-). Wanneer geïntroduceerd in een oplossing, de peptiden rangschikken zich op een rij, het afwisselen van de twee peptiden. De peptiden assembleren ook in twee beta-sheetlagen per nanovezel.

Het onderzoek zelf omvatte drie onderdelen. Greg Hudalla's lab aan de Universiteit van Florida creëerde de peptiden, faciliteerde de co-assemblage van de peptide-bètabladen en voerde experimenteel werk uit dat een overzicht gaf van het systeem en zijn gedrag. Hudalla was co-auteur van het artikel en is universitair hoofddocent bij de afdeling Biomedische Technologie van UF, J. Crayton Pruitt Family.

In de tussentijd, Het team van Anant Paravastu bij Georgia Tech gebruikte solid-state NMR om de precieze relatieve posities van atomen en moleculen in de ABAB-peptide-bèta-sheets te meten. Paravastu was co-auteur van het artikel en is universitair hoofddocent aan de Georgia Tech's School of Chemical and Biomolecular Engineering.

als laatste, Het team van Hall bij NC State voerde computersimulaties uit om te bepalen wat het gedrag van de onderzoekers van UF en Georgia Tech aanstuurde.

Er lijken meerdere krachten in het spel te zijn bij het leiden van de assemblage van de alternerende peptidestructuren. Een van de twee soorten peptiden is negatief geladen, terwijl het tweede type positief geladen is. Omdat positief en negatief elkaar aantrekken, terwijl peptiden met dezelfde lading elkaar afstoten, dit leidt tot de afwisselende volgorde van peptiden in de streng.

Een ander aspect van de organisatie van het systeem, het stapelen, wordt aangedreven door de soorten aminozuren in elk peptide. specifiek, sommige aminozuren in elk peptide zijn hydrofoob, terwijl andere hydrofiel zijn. De hydrofobe aminozuren, in werkelijkheid, bij elkaar willen blijven, wat resulteert in het tweelaagse "stapeleffect" dat wordt gezien in de bètabladen.

"Het is belangrijk dat verschillende krachten in evenwicht zijn om de doelstructuur te produceren, Zegt Hall. "Als een van de moleculaire krachten te sterk of te zwak is, de moleculen lossen mogelijk nooit op in water of herkennen hun beoogde partners mogelijk niet. In plaats van een geordende nanostructuur, de moleculen kunnen een ongeorganiseerde puinhoop vormen, of helemaal geen structuur."

"We zijn hierin geïnteresseerd omdat het ons een kijkje geeft in de fundamentele aard van hoe deze systemen kunnen werken, Hudalla zegt. "We zijn ons niet bewust van soortgelijke co-assemblagesystemen in de natuur die lijken op het systeem dat we hier hebben gemaakt.

"Co-assemblerende peptidesystemen zijn veelbelovend voor biomedische toepassingen omdat we eiwitten kunnen hechten aan de A- of B-peptiden die een specifiek nut hebben. we zouden een peptide-scaffold kunnen maken die een regelmatige reeks enzymen bevat, en die enzymen zouden kunnen dienen als katalysatoren voor het beïnvloeden van de lichaamschemie in gelokaliseerde gebieden."

"De constructies die we hier maken zijn indrukwekkend, maar ze zijn nog steeds niet zo precies en complex als biologische structuren die we in de natuur zien, " zegt Paravastu. "Op dezelfde manier, we zijn ons niet bewust van natuurlijke structuren die deze afwisselende peptidestructuur bevatten. Dit is een goed begin. We zijn benieuwd waar het heen gaat."

"Dit werk zou niet mogelijk zijn geweest zonder gebruik te maken van de diverse expertisegebieden in deze onderzoeksgroep, "zegt Halle.