Interactions de fermeture éclair stérique dans le peptide cristallin artificiel β

Jul 11, 2023

2 août 2023

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par l'Institut de technologie de Tokyo

Les fermetures à glissière stériques sont un type spécifique de structure de remplissage hydrophobe qui se forme entre deux couches adjacentes de feuilles β peptidiques dans les fibrilles amyloïdes et similaires. Ces structures jouent un rôle crucial dans la stabilité et la propagation des fibrilles amyloïdes et peuvent aider à concevoir de nouveaux matériaux à base de peptides. Cependant, la création de fermetures éclair stériques artificielles est difficile en raison de la forte tendance à l’agrégation des peptides de la feuille β. Cela conduit souvent à la formation de gels et de fibrilles, rendant difficile l’obtention de structures sous leur forme cristalline.

Maintenant, dans une nouvelle étude publiée dans le Journal of the American Chemical Society, des chercheurs japonais, dirigés par le professeur agrégé Tomohisa Sawada de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech), ont présenté une nouvelle approche pour la construction de fermetures éclair stériques artificielles cristallines.

"Bien que des études antérieures aient révélé que les fragments peptidiques dérivés de séquences protéiques natives présentent des structures à glissière stériques, leurs conceptions de novo ont rarement été étudiées", explique le Dr Sawada.

Les chercheurs ont commencé par préparer des structures tétrapeptides Boc-3pa-X1-3pa-X2-OMe personnalisées, où Boc fait référence au tert-butoxycarbonyle, 3pa représente la β-(3-pyridyl)-ʟ-alanine, OMe est le groupe méthoxy et X1. et X2 désignent les acides aminés hydrophobes, à savoir l'alanine, la valine, la leucine, la thréonine et la phénylalanine.

Les structures tétrapeptides ont été conçues de telle sorte que les groupes pyridyle et les groupes d'acides aminés hydrophobes forment des chaînes latérales de chaque côté du squelette peptidique. Cet arrangement spécifique des résidus dans la séquence peptidique a joué un rôle crucial dans la formation de fermetures éclair stériques à l'état cristallin.

Les fragments de tétrapeptide ont été introduits dans des microtubes avec un sel métallique (Zn(NCS)2, AgNTf2 ou AgOTf) et incubés à température ambiante. Ces sels ont permis la formation de liaisons de coordination réversibles entre le groupe pyridyle des peptides et les ions métalliques. Essentiellement, cette interaction a empêché l’agrégation incontrôlable des peptides du feuillet β, conduisant à la formation de cristaux en forme d’aiguille contenant des fermetures éclair stériques.

En utilisant différentes combinaisons d’acides aminés hydrophobes dans les peptides, les chercheurs ont construit diverses structures de fermeture éclair stérique. Les acides aminés hydrophobes contenant des chaînes latérales méthyle, tels que les groupes alanine, valine et leucine, ont donné lieu à des fermetures éclair stériques de classe 1, avec des squelettes peptidiques disposés parallèlement les uns aux autres.

De plus, le type d'interaction entre les feuillets β dépendait de l'encombrement stérique des chaînes latérales alkyle présentes dans les acides aminés hydrophobes. Par exemple, les structures tétrapeptidiques contenant de l'alanine, qui possède une chaîne latérale méthyle plus petite, présentaient des structures imbriquées par interdigitation. En revanche, lorsque les chaînes latérales alkyle des acides aminés hydrophobes étaient plus grandes, comme dans la valine et la leucine, les feuillets β étaient liés via un contact hydrophobe.

Les chercheurs ont notamment observé pour la première fois une fermeture éclair stérique de classe 3. Ces structures uniques ont émergé grâce à des acides aminés hydrophobes avec des groupes latéraux autres que les groupes alkyle, tels que la thréonine et la phénylalanine. Dans ces fermetures à glissière, deux feuilles β faisaient face à la même direction, ajoutant à la diversité des configurations de fermetures à glissière stériques.

Enfin, les chercheurs ont étendu le système à une fermeture à glissière de type bouton-trou utilisant des fragments de pentapeptide. "La conception de matériaux peptidiques basés sur des fermetures éclair stériques s'est jusqu'à présent limitée aux systèmes biologiques. Les résultats actuels ouvrent une nouvelle voie pour la conception de matériaux peptidiques artificiels basés sur ces structures", remarque le Dr Sawada.