離散的で安定した310ヘリックスペプチドアセンブリのde novoデザイン

αヘリックスは、構造生物学1で卓越したものであり、タンパク質の折り畳み2、Design3、およびEngineering4で広く利用されています4。他のヘリカルペプチドコンフォメーションは、立体配座空間のαヘリカル領域の近くに存在しますが、310ヘリックスとπ-ヘリックス5は、タンパク質構造でははるかに少ない頻度で発生します。あまり好ましくない内部エネルギーと高次構造に詰め込む傾向が低下することは、310ヘリックスが天然タンパク質の長さ6つの残基をめったに超えることはめったになく、通常の補給症、三次、四紀相互作用を形成しない傾向があることを意味します。ここでは、自然界に不在にもかかわらず、合成ペプチドアセンブリを310ヘリックスから構築できることを示しています。疎水性コアを備えた310ヘリックスの水溶性バンドルの合理的な設計、溶液相の特性評価、およびX線結晶構造を報告します。この設計では、既知のタンパク質構造で310ヘリカルの立体配座を分析することにより通知された6節リピートを使用し、α-アミノイソ酪酸残基を組み込んでいます。設計の反復により、αヘリカルと310ヘリックの折りたたみの間の転換点が明らかになり、310ヘリックスのアセンブリを安定化するために必要な機能を特定します。この作業は、このこれまでにないタンパク質構造空間のこの地域を設計する機会を開くための原則と規則を提供します。

The α-helix is pre-eminent in structural biology1 and widely exploited in protein folding2, design3 and engineering4. Although other helical peptide conformations do exist near to the α-helical region of conformational space-namely, 310-helices and π-helices5-these occur much less frequently in protein structures. Less favourable internal energies and reduced tendencies to pack into higher-order structures mean that 310-helices rarely exceed six residues in length in natural proteins, and that they tend not to form normal supersecondary, tertiary or quaternary interactions. Here we show that despite their absence in nature, synthetic peptide assemblies can be built from 310-helices. We report the rational design, solution-phase characterization and an X-ray crystal structure for water-soluble bundles of 310-helices with consolidated hydrophobic cores. The design uses six-residue repeats informed by analysing 310-helical conformations in known protein structures, and incorporates α-aminoisobutyric acid residues. Design iterations reveal a tipping point between α-helical and 310-helical folding, and identify features required for stabilizing assemblies of 310-helices. This work provides principles and rules to open opportunities for designing into this hitherto unexplored region of protein-structure space.