Design of protein and peptide materials for use in nanotechnological applications
Τα πρωτεϊνικά και πεπτιδικά υλικά με καθορισμένη μορφολογία χρησιμοποιούνται σε μια ευρεία περιοχή εφαρμογών. Τα πλεονεκτήματα τους ειναι η έμφυτη βιοσυμβατότητα τους, η βιοαποκοδομησιμότητα τους και η ευελιξία του σχεδιασμού και της κατασκευής τους. Η παρούσα διδακτορική εργασία επικεντρώνεται στο σχεδιασμό και τη μελέτη τέτοιων βιοϋλικών χρησιμοποιώντας ως πρότυπο σύστημα μια φυσική ινώδη πρωτεΐνη, την ίνα του αδενοϊού τύπου 2. Η ίνα του αδενοϊού ειναι μια ομοτριμερής πρωτεΐνη που αποτελείται από ένα Ν-τελικό άκρο, ένα λεπτό κεντρικό μίσχο και ενα C-τελικό άκρο, το οποίο είναι υπεύθυνο για τη προσκόλληση του ιού στους υποδοχείς των κυττάρων. Έχοντας ως εκμαγείο το μίσχο της Αd2 ίνας και εισάγοντας λειτουργικά χαρακτηριστικά μέσω τεχνικών μοριακής κλωνοποίησης, σχεδιάστηκε μια σειρά νέων υβριδικών πρωτεϊνών. Οι χιμαιρικές αυτές πρωτεΐνες καθίστανται πιο σταθερές και δυνητικά θα μπορούσαν να βρούνε χρήση ως μεταφορείς φαρμάκων καθώς επίσης και σε εφαρμογές γονιδιακής θεραπείας. Τα αμυλοειδή ινίδια που προέρχονται από τις μελετημένες αλληλουχίες του μίσχου της ίνας του αδενοϊού και από μια κοινή αλληλουχία στο Αβ πεπτίδιο του Αlzheimer και στον V3 βρόγχο του HIV-1, λόγω των εγγενών μηχανικών τους ιδιοτήτων ειναι ιδανικά για χρήση ως ικριώματα. Με την εφαρμογή υπολογιστικών μεθόδων, τα πεπτίδια μπορούν να σχεδιαστούν ορθολογικά με την μετάλλαξη επιδεκτικών σε τροποποιήσεις περιοχών, με στόχο την κατασκευή βιοϋλικών με «κατ 'απαίτηση» λειτουργίες. Ένα σημαντικό μέρος αυτής της μελέτης επικεντρώνεται στην πειραματική μελέτη δυο ορθολογικά και υπολογιστικά σχεδιασμένων πεπτιδίων που είναι θετικά φορτισμένα και έχουν την ικανότητα να δεσμεύουν DNA και να εισέρχονται στο κύτταρο ενώ μεταφέρουν το ‘πακεταρισμένο’ πλασμιδιακό DNA. Όσον αφορά μια άλλη πτυχή αυτής της διδακτορικής μελέτης, αντί να εκμεταλλευτούμε τα πλεονεκτήματα της αμυλοείδωσης, επιδιώξαμε να αναστείλουμε τη διαδικασία σχηματισμού αμυλοειδών ινιδίων. Το πεπτίδιο που σχεδιάστηκε ήταν εμπνευσμένο από τις προαναφερθείσες φυσικές αλληλουχίες. Παρά την ομοιότητα του με τις αλληλουχίες που σχηματίζουν αμυλοειδή ινίδια, περιέχει το αμινοξύ προλίνη, το οποίο θεωρείται αναστολέας της δημιουργίας των β-φύλλων. Το σχεδιασμένο αυτο πεπτίδιο δεν αυτο-οργανώνεται σε β-φύλλα αλλά επιπλέον καθυστερεί ή διακόπτει την αυτο-οργάνωσης του Αβ πεπτιδίου σε αμυλοειδή ινίδια. Επομένως παρέχει πληροφορίες που θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως βάση για -δομικά βασιζόμενο- σχεδιασμό πιθανών αναστολέων της αμυλοείδωσης.