Пептиды приходят и уходят, иногда слишком быстро. Эти цепочки аминокислот — строительные блоки жизни — представляют большой интерес для исследователей из-за их способности лечить все, от инсульта до инфекции, либо в качестве лекарства, либо в качестве средства доставки лекарства. То есть, когда они прослужат достаточно долго, чтобы выполнять свою работу.
«Пептиды являются потенциально мощными компонентами лекарств, потому что они представляют собой всего лишь фрагменты наших природных белков, которые может распознать наш организм», — сказала доцент кафедры химической инженерии Университета Вирджинии Рэйчел Леттери. «Но есть одно ограничение: они имеют тенденцию быстро выходить из строя, поэтому нам нужно выяснить, как сделать их более стабильными».
Лаборатория Леттери, которой руководит ее доктор философии. Консультант Винсент Грей продемонстрировал подход к решению проблемы долголетия путем создания зеркальных изображений природных пептидов, называемых спиральными спиралями.
Они описал свой успех в Биомакромолекулах.
Спиральные катушки — важные игроки
Спиральные клубки — пептиды в форме спирали, напоминающие скрученные вместе вьющиеся ленты, встречаются почти в 10% белков многих организмов. Они играют решающую роль в подготовке белков к правильному выполнению своей работы, отчасти путем объединения множества копий белков.
«Это происходит, когда отдельные спирали в белке распознают соответствие и связываются определенным образом, образуя спиральную спираль», — сказал Леттери. «Это как кусочки головоломки, сложенные вместе. Это связывание имеет решающее значение для того, чтобы белки работали должным образом».
Белки помогают строить и восстанавливать организм, насыщать кровь кислородом, регулировать пищеварение и выполнять множество других функций.
Связывающие и соединяющие свойства спиральных спиралей делают их особенно привлекательными в качестве компонентов лекарств, включая биоматериалы для регенерации тканей. Однако, как и другие природные пептиды, они быстро разлагаются.
Зеркала со спиральной спиралью продлевают срок службы пептидов
Предыдущие исследования показали, что смешивание природных пептидов с их зеркальными изображениями приводит к превосходному связыванию и стабильности. Грей и Леттери задавались вопросом, будет ли эта стратегия работать и со спиральными катушками. Сможет ли команда разработать зеркальные спиральные спирали со всеми их медицинскими перспективами, чтобы улучшить как их специфическую связывающую способность, так и долговечность при использовании в медицинских целях?
Грей и Леттери обнаружили, что по сравнению с природными комбинациями спиральных спиралей, в которых две нити закручиваются в одном направлении, их инженерные спирали — с двумя нитями, закрученными в противоположных направлениях — действительно показали более сильное связывание и большую долговечность в биологической среде.
Почему это работает? Пептиды зеркального отображения улучшают стабильность, поскольку на них не влияют ферменты, ускоряющие химическое расщепление природных пептидов. Более того, зеркальные изображения могут быть разработаны так, чтобы нацеливаться на природные пептиды и плотно связываться определенным образом благодаря их противоположной, но дополняющей форме — очень похоже на переплетение пальцев левой и правой рук.
По словам Леттери, команда успешно продемонстрировала концепцию, но исследованиям еще предстоит пройти долгий путь.
«Исследователи только начинают понимать, как создавать пептиды, чтобы использовать специфические взаимодействия между пептидами и их зеркальными отражениями», — сказала она. «Мы надеемся, что эти специфические, долговременные взаимодействия между зеркальными пептидами откроют новые инструменты разработки терапевтических средств и биоматериалов следующего поколения».
Публикация
Создание спиральных спиралей для гетерохирального комплексообразования для улучшения связывания и ферментативной стабильности была опубликована 9 июля 2024 года в журнале Американского химического общества «Биомакромолекулы».
Национальный научный фонд и Программа обучения биотехнологиям здравоохранения NIH предоставили финансирование для исследования.
