Une équipe de chercheurs a vérifié qu'il est possible de concevoir des nanofibres à deux couches constituées d'une rangée ordonnée de peptides alternés, et a également déterminé ce qui fait que ces peptides s'assemblent automatiquement dans ce modèle. La découverte fondamentale soulève la possibilité de créer des nanofibres peptidiques « ABAB » sur mesure avec une variété d'applications biomédicales.

Les peptides sont de petites protéines, constitué de courts brins d'acides aminés. Il est bien établi que les peptides peuvent s'auto-assembler en nanofibres composées de feuillets bêta. Cependant, que l'auto-assemblage implique normalement des copies identiques de la même molécule - la molécule A se connecte à une autre molécule A.

Le nouveau travail prouve non seulement que l'alternance de peptides peut créer ces feuilles bêta - dans un modèle ABAB - mais pourquoi cela se produit.

"Notre équipe s'est appuyée sur des simulations informatiques, observations par résonance magnétique nucléaire (RMN) et approches expérimentales pour ce travail, et nous savons maintenant ce qui motive la création de ces structures peptidiques alternées, " dit Carol Hall, auteur correspondant d'un article sur le travail et Camille Dreyfus Distinguished University Professor of Chemical and Biomolecular Engineering à North Carolina State University.

"C'est important car une fois que vous comprenez pourquoi les peptides de ces structures ABAB se comportent de cette manière, vous pouvez en développer plus, ", dit Hall.

Pour cette étude, les chercheurs ont travaillé avec une paire de peptides appelés CATCH(+) et CATCH(-). Lorsqu'il est introduit dans une solution, les peptides s'enchaînent, alternant les deux peptides. Les peptides s'assemblent également en deux couches de feuillet bêta par nanofibre.

L'étude elle-même comportait trois volets. Le laboratoire de Greg Hudalla à l'Université de Floride a créé les peptides, facilité le co-assemblage des feuilles bêta de peptides et effectué des travaux expérimentaux qui ont fourni une vue d'ensemble du système et de son comportement. Hudalla est co-auteur de l'article et est professeur agrégé au département de génie biomédical de la famille J. Crayton Pruitt de l'UF.

Pendant ce temps, L'équipe d'Anant Paravastu à Georgia Tech a utilisé la RMN à l'état solide pour mesurer les positions relatives précises des atomes et des molécules dans les feuillets bêta du peptide ABAB. Paravastu est co-auteur de l'article et est professeur agrégé à la School of Chemical and Biomolecular Engineering de Georgia Tech.

Dernièrement, L'équipe de Hall à NC State a effectué des simulations informatiques pour déterminer ce qui conduisait le comportement observé par les chercheurs d'UF et de Georgia Tech.

Il semble y avoir de multiples forces en jeu pour guider l'assemblage des structures peptidiques alternées. L'un des deux types de peptide est chargé négativement, tandis que le deuxième type est chargé positivement. Parce que le positif et le négatif s'attirent, tandis que les peptides de même charge se repoussent, cela conduit à l'ordre alterné des peptides dans le brin.

Un autre aspect de l'organisation du système, l'empilage, est entraîné par les types d'acides aminés dans chaque peptide. Spécifiquement, certains des acides aminés de chaque peptide sont hydrophobes, tandis que d'autres sont hydrophiles. Les acides aminés hydrophobes, en effet, vouloir se serrer les coudes, ce qui se traduit par l'effet "d'empilement" à deux couches observé dans les feuilles bêta.

"Il est important que différentes forces s'équilibrent pour produire la structure cible, " Hall dit. " Si l'une des forces moléculaires est trop forte ou trop faible, les molécules peuvent ne jamais se dissoudre dans l'eau ou peuvent ne pas reconnaître leurs partenaires visés. Plutôt qu'une nanostructure ordonnée, les molécules pourraient former un désordre désorganisé, ou pas de structure du tout."

« Cela nous intéresse car cela nous donne un aperçu de la nature fondamentale du fonctionnement de ces systèmes, " dit Hudalla. "Nous ne connaissons aucun système de co-assemblage similaire dans la nature qui ressemble au système que nous avons fabriqué ici.

« Les systèmes de co-assemblage de peptides sont prometteurs pour les applications biomédicales, car nous pouvons attacher des protéines aux peptides A ou B qui ont une utilité spécifique. Par exemple, nous pourrions créer un échafaudage peptidique contenant un éventail régulier d'enzymes, et ces enzymes pourraient servir de catalyseurs pour influencer la chimie du corps dans des zones localisées."

"Les structures que nous construisons ici sont impressionnantes, mais ils ne sont toujours pas aussi précis et complexes que les structures biologiques que nous voyons dans la nature, " dit Paravastu. " Du même coup, nous ne connaissons pas les structures naturelles qui contiennent cette structure peptidique alternée. C'est un bon début. Nous sommes impatients de voir où cela va."

"Ce travail n'aurait pas été possible sans s'appuyer sur les divers domaines d'expertise de ce groupe de recherche, " dit Hall.