Инновационная методология позволяет преодолеть давние проблемы, связанные с контролируемым формированием β-листов, включая агрегацию фибрилл и неконтролируемую изомерную вариацию в конечном продукте. Этот прорыв может продвинуть изучение и применение β-листов в биотехнологии и нанотехнологии.

Помимо естественной последовательности аминокислот, из которых состоит белок, его трехмерное расположение в пространстве также имеет решающее значение для его функционирования. Например, β-листы — листоподобные структуры, образующиеся за счет водородных связей между соседними пептидными нитями, — играют важнейшую роль в стабильности и сворачивании белков. Они также связаны с различными нейродегенеративными заболеваниями, включая болезнь Альцгеймера. С другой стороны, инженерия β-листов имеет потенциальное применение в биотехнологии, медицине и наноматериаловедении.

К сожалению, получение β-листовых сборок с точно контролируемым количеством нитей является довольно сложной задачей по двум причинам. Во-первых, многоцепочечные β-листы имеют тенденцию слипаться в агрегаты, называемые фибриллами, которые могут легко стать нерастворимыми и изменить или свести на нет их биологическую функцию. Во-вторых, при соединении пептидных нитей в процессе синтеза β-листа возможно образование множества структурных изомеров. Это означает, что получаемые сборки часто имеют непредсказуемую ориентацию, выравнивание или количество нитей, что затрудняет получение только конкретного целевого соединения. По этим причинам необходим новый метод создания пользовательских β-листов.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Angewandte Chemie International Edition, группа исследователей под руководством доцента Томохисы Савады из Института науки Токио (Science Tokyo), Япония, поставила перед собой задачу найти решение этих проблем. Как сообщается в их исследовании, они разработали многообещающий подход к созданию четырехцепочечных β-листов с использованием атомов серебра в качестве координационных центров металл-пептидов.

Исследователи создали пентапептид, обозначенный просто как «1», в котором второй и четвертый остатки представляли собой 3-пиридилзамещенные остатки аланина. Пиридильные группы, введенные с противоположных сторон основной цепи, служили местами комплексообразования для атомов серебра. При добавлении серебра (Ag) две молекулы '1' объединялись с образованием кольца Ag2 (1)2 в качестве гипотетического промежуточного соединения. Интересно, что из-за обратимости координации металлов в ходе реакции пары колец Ag2 (1)2 оказываются в сцепленном состоянии, а водородные связи между соседними пентапептидами удерживают общую β-листовую структуру вместе.

Команда подтвердила успешный синтез этих взаимосвязанных структур, [Ag2 (1)2]2, с помощью ядерного магнитного резонанса и рентгеновских кристаллографических измерений. Самое примечательное, что полученные четырехцепочечные β-листы сходились к одному типу изомерной структуры без агрегации. Проще говоря, все β-полосы состояли из двух сцепленных колец, где первая и третья нити были направлены в одну сторону, а вторая и четвертая — в другую. Относительное расположение сайтов комплексообразования с металлами также было одинаковым для всех полученных β-полос.

«Наши результаты показали, что сочетание образования водородных связей между амидами β-листа и металлического сшивания боковых цепей ограничивает количество возможных изомеров. Другими словами, мы показали, что нековалентное сшивание боковых цепей может вызывать высокоселективные одноструктурные β-листы в дискретной форме», — отмечает Савада.

Результаты, представленные в этом исследовании, могут упростить изучение β-листов, тем самым раскрывая их потенциал в биотехнологиях и нанотехнологиях следующего поколения.

«Насколько нам известно, это первый пример точного построения четырехцепочечной β-сетки, собранной только на основе нековалентных взаимодействий. Мы считаем, что наши усилия прокладывают путь к рациональному построению структур и функций β-листа в будущем», — заключает Савада, воодушевленный открывающимися возможностями.

Только время покажет, какие еще изобретательные стратегии мы сможем придумать для конструирования пептидных наноструктур в соответствии с нашими потребностями».

Ранее российские ученые разработали модель для оптимизации применения оптоволокна в медицине.