인공 결정성 펩타이드 β의 입체적 지퍼 상호작용

Jul 11, 2023

2023년 8월 2일

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도쿄공과대학 제공

입체형 지퍼는 아밀로이드 및 유사한 원섬유의 두 인접 펩타이드 β 시트 층 사이에 형성되는 특정 유형의 소수성 패킹 구조입니다. 이러한 구조는 아밀로이드 원섬유의 안정성과 전파에 중요한 역할을 하며 새로운 펩타이드 기반 물질을 설계하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 인공 입체 지퍼를 만드는 것은 베타 시트 펩타이드의 강한 응집 경향으로 인해 어렵습니다. 이로 인해 종종 겔과 원섬유가 형성되어 결정 형태의 구조를 얻기가 어렵습니다.

이제 미국 화학 학회지(Journal of the American Chemical Society)에 발표된 새로운 연구에서 도쿄 공과대학(Tokyo Tech)의 사와다 도모히사(Tomohisa Sawada) 부교수가 이끄는 일본 연구자들이 결정질 인공 입체 지퍼 구성을 위한 새로운 접근 방식을 제시했습니다.

Sawada 박사는 “이전 연구에서 천연 단백질 서열에서 유래한 펩타이드 단편이 입체적 지퍼 구조를 보인다는 사실이 밝혀졌지만 이들의 새로운 디자인은 거의 연구되지 않았습니다.”라고 설명합니다.

연구진은 맞춤형 Boc-3pa-X1-3pa-X2-OMe 테트라펩타이드 구조를 준비하는 것부터 시작했습니다. 여기서 Boc는 tert-부톡시카보닐을 나타내고, 3pa는 β-(3-피리딜)-서-알라닌을 나타내고, OMe는 메톡시 그룹을 나타내고, X1은 X2는 소수성 아미노산, 즉 알라닌, 발린, 류신, 트레오닌 및 페닐알라닌을 나타낸다.

테트라펩타이드 구조는 피리딜 그룹과 소수성 아미노산 그룹이 펩타이드 백본의 양쪽에 측쇄를 형성하도록 설계되었습니다. 펩타이드 서열에서 잔기의 이러한 특정 배열은 결정질 상태의 입체 지퍼 형성에 중요한 역할을 했습니다.

테트라펩타이드 단편을 금속 염(Zn(NCS)2, AgNTf2 또는 AgOTf)과 함께 마이크로튜브에 도입하고 실온에서 배양했습니다. 이들 염은 펩타이드의 피리딜 그룹과 금속 이온 사이에 가역적 배위 결합의 형성을 가능하게 했습니다. 본질적으로, 이러한 상호작용은 β-시트 펩타이드의 제어할 수 없는 응집을 방지하여 입체 지퍼를 포함하는 바늘 모양의 결정이 형성되도록 했습니다.

연구진은 펩타이드에 있는 소수성 아미노산의 다양한 조합을 사용하여 다양한 입체 지퍼 구조를 구축했습니다. 알라닌, 발린 및 류신 그룹과 같은 메틸 측쇄를 포함하는 소수성 아미노산은 펩타이드 백본이 서로 평행하게 배열된 클래스 1 입체 지퍼를 생성했습니다.

더욱이, β-시트 사이의 상호작용 유형은 소수성 아미노산에 존재하는 알킬 측쇄의 입체적 부피에 따라 달라집니다. 예를 들어, 더 작은 메틸 측쇄를 갖는 알라닌을 포함하는 테트라펩타이드 구조는 서로 맞물림을 통해 서로 연결된 구조를 나타냅니다. 대조적으로, 발린과 류신처럼 소수성 아미노산의 알킬 측쇄가 더 클 때, β-시트는 소수성 접촉을 통해 연결되었습니다.

특히 연구진은 클래스 3 입체 지퍼를 처음으로 관찰했습니다. 이러한 독특한 구조는 트레오닌 및 페닐알라닌과 같은 알킬 그룹 이외의 측면 그룹을 가진 소수성 아미노산으로 인해 나타났습니다. 이 지퍼에서는 두 개의 베타 시트가 같은 방향을 향하고 있어 입체적인 지퍼 구성이 다양해졌습니다.

마지막으로 연구진은 펜타펩타이드 단편을 사용하여 시스템을 손잡이 구멍형 지퍼로 확장했습니다. Sawada 박사는 "입체 지퍼를 기반으로 한 펩타이드 물질의 디자인은 지금까지 생물학적 시스템에 국한되어 왔습니다. 현재의 결과는 이러한 구조를 기반으로 하는 인공 펩타이드 물질의 디자인을 위한 새로운 경로를 열어줍니다."라고 말합니다.