"En fonction de leur forme, les protéines peuvent s'assembler avec d'autres protéines pour remplir des fonctions ou mal fonctionner en s'agglutinant, comme observé dans la maladie d'Alzheimer", a déclaré Chun-Long Chen, spécialiste des matériaux.

"Comprendre comment ils s'assemblent et les origines de leur forme particulière pourrait être important pour diverses applications telles que l'administration de médicaments, les diagnostics et les thérapies."

Dans des études publiées dans Nature Communications et Angewandte Chemie , Chen et ses collègues du PNNL ont étudié comment contrôler ces formes en créant des matériaux à base de peptoïdes inspirés de la nature.

Il utilise ces molécules sophistiquées ressemblant à des protéines pour concevoir des substances destinées à des applications énergétiques, telles que la récolte de la lumière ou la décomposition de la lignine ligneuse. Au cours de la dernière décennie, Chen et son équipe du Pacific Northwest National Laboratory ont développé une plateforme pour la création de matériaux fonctionnels à base de peptoïdes et la caractérisation de leur comportement.

"Les peptoïdes ont le potentiel d'être utilisés dans diverses applications", a déclaré Chen. "Sur la base de leurs formes assemblées et d'autres propriétés, il est possible de concevoir des peptoïdes comme agents d'administration de médicaments ou d'enzymes artificielles."

Comme une main dans un gant

Chen et ses collègues se sont associés à l'Université de Washington, à l'Université de Chicago et au Georgia Institute of Technology pour concevoir des assemblages de peptoïdes aux formes précises. Leur expérience consiste à diriger la « manité » de l'hélice. Les hélices peuvent être « gauche » ou « droite » selon la direction dans laquelle elles tournent en spirale. Leurs résultats ont été publiés dans Nature Communications .

"La maniabilité est extrêmement importante lors de la conception de molécules spécialisées, comme les médicaments", a déclaré Chen. "Comprendre et contrôler cette maniabilité peut fournir des informations sur des processus tels que l'assemblage des protéines et pourrait être utile pour trouver des remèdes aux maladies liées au repliement des protéines, telles que la maladie d'Alzheimer."

Pour cette expérience, Chen et son équipe ont choisi de rechercher des structures hélicoïdales en forme de tire-bouchon en raison de leur importance biologique. En fait, la plupart des protéines contiennent ces structures hélicoïdales de base.

Les méthodes précédentes de synthèse de peptoïdes donneraient un mélange d’hélices gauches et droites. Dans la nature, les protéines doivent avoir une conformation spécifique pour remplir leurs fonctions, la plupart étant gauchères.

"D'autres groupes avant nous étaient capables de synthétiser des nanohélices peptoïdes, mais contrôler avec précision leurs formes et leur manipulation restait un défi", a déclaré Chen. "Être capable de contrôler leurs formes ouvrirait non seulement la porte à la conception de futurs matériaux, mais fournirait également un aperçu des processus biologiques impliquant ces structures."

En utilisant une combinaison de techniques expérimentales et informatiques, Chen et son équipe ont découvert un moyen de contrôler la manipulation d’une hélice peptoïde. Semblables aux protéines, les peptoïdes sont créés à partir d'éléments constitutifs de type acide aminé.

Chaque élément constitutif possède les mêmes atomes de « colonne vertébrale » qui forment des liaisons peptoïdes, cependant, chaque maillon individuel de la chaîne peut varier énormément. Le groupe de Chen a découvert qu'ils pouvaient contrôler la forme de l'hélice en manipulant la séquence des chaînes latérales peptoïdes.

Ajouter une autre dimension à la recherche sur les peptoïdes

Pour étudier plus en détail comment les peptoïdes peuvent s'assembler, Chen a collaboré avec des collègues de l'Université de Washington, de l'Université Harvard, de l'Université de Binghamton et de l'Université Sci-Tech du Zhejiang. En développant leurs précédentes études bidimensionnelles sur les structures peptoïdes, l'équipe a pu développer avec succès une nanostructure hélicoïdale tridimensionnelle.

Ils ont observé que l'inclusion de « groupes fonctionnels » spéciaux d'atomes dans leurs séquences peptoïdes leur permettait de créer des structures dotées de fonctions spéciales, similaires aux assemblages de protéines. Leurs travaux ont été publiés dans Angewandte Chemie .

"Bien qu'il s'agisse d'une étude fondamentale, cette recherche nous donne des informations supplémentaires sur la façon dont nous pouvons créer des matériaux meilleurs et plus précis, comme ceux que l'on trouve dans la nature, pour des applications spécifiques", a déclaré Chen. "Les peptoïdes ont le potentiel d'être utilisés dans diverses applications. En fonction de leur structure et d'autres propriétés, il est possible de concevoir des peptoïdes comme agents d'administration de médicaments ou comme systèmes de collecte de lumière artificielle."

À l’avenir, Chen et son équipe espèrent créer une large gamme de nanomatériaux à base de peptoïdes pour des applications. Le contrôle de la forme des peptoïdes, comme indiqué dans leurs documents de recherche, n'est que la première étape.