短いペプチドの自己組織化によって順序付け生体分子構造の形成
Summary
本論文では、自己組織化の自発的プロセスによる高度に秩序ペプチドベースの構造の形成を説明しています。この方法は、市販のペプチドおよび共通実験装置を利用しています。この技術は、ペプチドの多種多様に適用することができる、新たなペプチドベースアセンブリの発見につながることができる。
Abstract
自然界では、複雑な機能的構造は、温和な条件下での生体分子の自己集合により形成される。自己組織化を制御する力を理解し、in vitroで 、このプロセスを模倣することは、材料科学、ナノテクノロジーの分野で大きな進歩をもたらす。それらはかなりの多様性を提示するように、利用可能な生物学的なビルディングブロックの中では、ペプチドは、大規模での合成が簡単であり、いくつかの利点を有し、それらは容易に生物学的および化学的実体1,2で修飾することができる。このような環状ペプチド、両親媒性ペプチドおよびペプチド結合体溶液中の秩序構造に自己組織化するよう設計されたペプチドのいくつかのクラス。ホモ芳香族ジペプチドは、例えば、ナノチューブ、球体及びフィブリル3-8のような秩序構造を形成するのに必要な全ての分子の情報を含むショート自己組織化ペプチドのクラスである。これらのペプチドの多種多様な市販されている。
<pクラスは、= "jove_content">本稿ではホモ芳香族ペプチドの自己組織化による秩序構造の形成につながる手順を提示します。プロトコルは、市販の試薬および塩基性実験装置を必要とする。また、紙はペプチドベースの集合体の特性評価のために利用できる方法の一部について説明します。これらの方法は、電子および原子間力顕微鏡法及びフーリエ変換赤外分光法（FT-IR）を含む。また、原稿は、ペプチドのブレンド（coassembly）、この処理により様構造」糸に通したビーズ」の形成を示している。9ここに提示プロトコルが潜在的にできるペプチド又は生物学的なビルディング·ブロックの他のクラスに適合することができる新しいペプチドベースの構造の発見に、それらの集合体のよりよい制御につながる。Introduction
自然形態は、生体分子の自己組織化のプロセスによって秩序構造と機能。この自発的なプロセスを支配する力を理解することは、in vitroで自己組織化を模倣する能力、その結果、材料科学10,11の分野で大きな進歩をもたらす可能性がある。ペプチドは、具体的には、それらは大きな構造的多様性、化学合成の容易さを提供するため、生体分子の構成要素として大きな期待を保持し、容易に生物学的および化学的実体で官能化することができる。ペプチドの自己集合のフィールドがGhadiri及びD-及びL-アミノ酸12を交互に環状ペプチドによるペプチドナノチューブの自己集合を示した彼の同僚によって開拓された。ペプチド集合体の設計に他の成功したアプローチは、線形bolaamphiphileペプチド5、両親媒性物質（AP）6、非共役自己相補イオン性ペプチド13、界面活性剤様ペプチド、 <suP> 4,14、およびジブロックコポリ15。
より最近のアプローチは短い芳香族ペプチドの自己組織化を必要とする、ホモ芳香族ジペプチドと呼ばれる。これらのペプチドは、芳香族の性質（ 例えば、フェニルアラニン-フェニルアラニン、tert-ブチルジカーボネート（Boc）でのPhe-Pheを- ）7,8,16-21のみで2つのアミノ酸を含む。これらのホモ芳香族ペプチドにより形成される構造は、管状構造、球状、板状集合体および繊維6,8,15,21-32が含まれています。いくつかのケースでは繊維がヒドロゲル33-37が得フィブリルメッシュを生成します。これらのアセンブリは、バイオセンシング、薬物送達、分子エレクトロニクスなどのアプリケーションのために利用されている。38〜45
本論文では、ホモ芳香族ペプチドの自発的な自己組織化を開始するために必要とされる実験的な手順について説明します。また、coassemblyペプチドのプロセスを示す。このプロセスは、ペプチドの複数のタイプの自己集合を含むモノマー。
ジフェニルアラニンペプチド（NH 2-Pheを-Pheを-COOH）とそのBocはアナログを保護された（のBoc-Pheを-Pheを-OH）：私たちのデモでは、2つの市販のペプチドのcoassemblyが含まれています。溶剤7,17,46に応じて、球または繊維のいずれかにジフェニルアラニンペプチドの形の管状アセンブリおよびBoc-Pheを-Pheを-OHペプチド自己集合：超分子構造へのペプチドの自己集合のそれぞれ。我々は、一定の比率で二つのペプチドを配合し、電子顕微鏡、力顕微鏡法およびFT-IR分光法により得られたアセンブリを特徴とする。方法は、数百ナノメートル（〜300〜800ナノメートル）の直径を有する細長いアセンブリによって接続される数ミクロン（1-4ミクロン）の直径を有する球状の要素から構成されているペプチドベースの構造の形成を示した。球状構造がに螺ているように見えるようにアセンブリは、その形態にビーズの文字列に似ている細長いアセンブリ。そこで我々は、これらのアセンブリ「生体分子ネックレス」と呼ばれる。 「生体分子ネックレスは「薬物送達剤として、または電子的用途のための足場として、新しい生体材料となる恐れがあります。さらに、ペプチドの自己集合をもたらす手順は、ペプチド及び生体分子の他のクラスで利用されてもよい。これは、自己集合し、新しい秩序構造の形成に関与する力のよりよい理解につながる可能性がある。
Protocol
1。ホモ芳香族ジペプチドの自己組織化その凍結乾燥形態（ 例えば、NH 2 -フェニルアラニン-フェニルアラニン-OH、をBoc-フェニルアラニン-フェニルアラニン-COOH）で所望のペプチドを秤量し、1,1,1,3,3,3 -ヘキサペプチドを溶解することにより原液を調製-2 -プロパノール7,17,46（NH 2-PheをPheで-OHおよびBoc-Pheを-フェニルアラニン-COOHための例えば 、100 mg…
Representative Results
本稿では、ペプチドの自己組織化によるナノおよびマイクロメートルスケールでの秩序構造を形成するための方法を説明します。我々が存在し、この単純なプロセスを示し、2の単純な芳香族ペプチドのcoassembly（ 図1）を特徴づけるために。ペプチドの一つは、ナノメートル寸法7を備えた中空の管状構造に水溶液中で自己集合することができ、NH 2-Pheを-Pheを-OH（?…
Discussion
要約すると、本論文では、ペプチドベースのアセンブリはインビトロで形成することができる容易さを示しています。プロセスは、市販のペプチドおよび溶媒を伴い、それは試験管に極性溶媒を添加すると、周囲条件下で自発的に起こる。それは、他の有機溶媒にペプチドの溶解度が低いため、ペプチドの溶媒としてHFPを使用することが重要です。また、HFPの高い揮発性のために、各?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、マリー·キュリー国際社会復帰グラントにより、ドイツ語·イスラエル財団によってサポートされていました。私たちは、AFM分析のために氏YAIR Razvagを認める。
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| NH2-Phe-Phe-OH | Bachem | G-2925.0001 | |
| Boc-Phe-Phe-OH | Bachem | A-3205.0005 | |
| 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol | Sigma-Aldrich | 52512-100ML | |
| Ethanol absolute (Dehydrated) AR sterile | Bio-Lab Ltd. | 52555 | Blending with TDW for the preparation of 50% solution |
| Uranyl acetate | Sigma-Aldrich | 73943 | For negative staining. It is possible to work without it. |
| glass cover slip | Marienfeld Laboratory Glassware | 110590 | |
| TEM grids | Electron Microscopy Sciences | FCF200-Cu-50 | Formvar/Carbon 200 Mesh, Cu |
| Quantitive filter paper | Whatman | 1001055 | |
| Deuterium Oxide (D2O) | Sigma-Aldrich | 151882-100G | 99.9 atom % D |
| CaF2 window | PIKE Technologies | 160-1212 | 25 mm x 2 mm window. For FT-IR measurments |
| AFM tips | NanoScience Instruments | CFMR | Aspire probes, CFMR-25 series |
| Filter units | Millipore | SLGV033RS | Millex-GV, 0.22 μm, PVDF, 33 mm, gamma sterilized |
| SEM | FEI | Quanta 200 ESEM | |
| TEM | FEI | Tecnai T12 G2 Spirit | |
| AFM | JPK Instruments | A JPK NanoWizard3 | |
| FT-IR | Thermo Fisher Scientific | Nicolet 6700 advanced gold spectrometer | |
| FT-IR Purge | Parker | BALSTON FT-IR Purge Gas Generator model 75-52 | |
| OMNIC (Nicolet) software | Thermo Nicolet Corporation | For FT-IR spectra analysis | |
| Vortex mixer | Wisd Laboratory Equipment | ViseMix VM | |
| Weight | Mettler Toledo | NewClassic MS | |
| Sputter coater | Polaron | SC7640 Sputter Coater |
References
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Citer Cet Article
Yuran, S., Reches, M. Formation of Ordered Biomolecular Structures by the Self-assembly of Short Peptides. J. Vis. Exp. (81), e50946, doi:10.3791/50946 (2013).