Un equipo de investigadores ha verificado que es posible diseñar nanofibras de dos capas que consisten en una fila ordenada de péptidos alternos, y también ha determinado qué hace que estos péptidos se ensamblen automáticamente en este patrón. El descubrimiento fundamental plantea la posibilidad de crear nanofibras de péptidos "ABAB" a medida con una variedad de aplicaciones biomédicas.

Los péptidos son pequeñas proteínas, formado por hebras cortas de aminoácidos. Está bien establecido que los péptidos pueden autoensamblarse en nanofibras compuestas de láminas beta. Sin embargo, que el autoensamblaje normalmente implica copias idénticas de la misma molécula:la molécula A se conecta a otra molécula A.

El nuevo trabajo demuestra no solo que los péptidos alternos pueden crear estas hojas beta, en un patrón ABAB, sino por qué sucede.

"Nuestro equipo se basó en simulaciones computacionales, observaciones de resonancia magnética nuclear (RMN) y enfoques experimentales para este trabajo, y ahora sabemos qué impulsa la creación de estas estructuras peptídicas alternas, "dice Carol Hall, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y Camille Dreyfus Distinguished University Professor of Chemical and Biomolecular Engineering en North Carolina State University.

"Esto es importante porque una vez que comprenda por qué los péptidos en estas estructuras ABAB se comportan de esta manera, puedes desarrollar más de ellos, Hall dice.

Para este estudio, los investigadores trabajaron con un par de péptidos llamados CATCH (+) y CATCH (-). Cuando se introduce en una solución, los péptidos se ordenan en una fila, alternando los dos péptidos. Los péptidos también se ensamblan en dos capas de láminas beta por nanofibra.

El estudio en sí involucró tres componentes. El laboratorio de Greg Hudalla en la Universidad de Florida creó los péptidos, facilitó el ensamblaje conjunto de las láminas de péptidos beta y realizó un trabajo experimental que proporcionó una descripción general del sistema y su comportamiento. Hudalla es coautor del artículo y es profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Biomédica de la Familia J. Crayton Pruitt de la UF.

Mientras tanto, El equipo de Anant Paravastu en Georgia Tech utilizó RMN de estado sólido para medir las posiciones relativas precisas de átomos y moléculas en las hojas beta del péptido ABAB. Paravastu es coautor del artículo y es profesor asociado en la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular de Georgia Tech.

Finalmente, El equipo de Hall en NC State realizó simulaciones computacionales para determinar qué impulsaba el comportamiento observado por los investigadores de UF y Georgia Tech.

Parece haber múltiples fuerzas en juego para guiar el ensamblaje de las estructuras peptídicas alternas. Uno de los dos tipos de péptidos tiene carga negativa, mientras que el segundo tipo está cargado positivamente. Porque lo positivo y lo negativo se atraen, mientras que los péptidos de la misma carga se repelen entre sí, esto conduce al orden alterno de péptidos en la hebra.

Otro aspecto de la organización del sistema, el apilamiento, es impulsado por los tipos de aminoácidos en cada péptido. Específicamente, algunos de los aminoácidos de cada péptido son hidrofóbicos, mientras que otros son hidrófilos. Los aminoácidos hidrofóbicos, en efecto, quieren pegarse el uno al otro, lo que da como resultado el efecto de "apilamiento" de dos capas que se observa en las hojas beta.

"Es importante que las diferentes fuerzas se equilibren para producir la estructura objetivo, "Hall dice." Si alguna de las fuerzas moleculares es demasiado fuerte o demasiado débil, es posible que las moléculas nunca se disuelvan en agua o que no reconozcan a sus socios previstos. En lugar de una nanoestructura ordenada, las moléculas podrían formar un lío desorganizado, o ninguna estructura ".

"Estamos interesados ​​en esto porque nos da una idea de la naturaleza fundamental de cómo pueden funcionar estos sistemas, "Dice Hudalla." No tenemos conocimiento de ningún sistema de ensamblaje conjunto similar en la naturaleza que se parezca al sistema que hemos creado aquí.

"Los sistemas de péptidos de co-ensamblaje son prometedores para aplicaciones biomédicas porque podemos unir proteínas a los péptidos A o B que tienen alguna utilidad específica. Por ejemplo, podríamos crear un andamio de péptidos que contenga una matriz regular de enzimas, y esas enzimas podrían servir como catalizadores para influir en la química corporal en áreas localizadas ".

"Las estructuras que estamos haciendo aquí son impresionantes, pero todavía no son tan precisas y complejas como las estructuras biológicas que vemos en la naturaleza, "Dice Paravastu." De la misma manera, no somos conscientes de las estructuras naturales que contienen esta estructura peptídica alterna. Este es un buen comienzo. Estamos emocionados de ver a dónde va ".

"Este trabajo no hubiera sido posible sin aprovechar las diversas áreas de especialización de este grupo de investigación, Hall dice.