単一のアミノ酸変異と塩コスモトロピシティによってペプチドの粘弾性特性を調整する

生体染色体のcoaCervation、または液液相分離（LLP）は、細胞内および細胞外空間の両方で重要な役割を果たすことがますます認識されています。対処されていない中心的な質問は、コアセルベート（凝縮物）の材料特性と、構成的ビルディングブロックの一次構造と二次構造の両方との間のリンクです。この研究で調査されたGY23バリアントなどの短いLLPSを発生させるペプチドは、単純なシーケンスの修正と化学環境がcoacervateの粘弾性特性に強く影響するため、これらのリンクを調査する理想的なモデルシステムです。ここでは、Peptide Coacervatesの構造/特性関係の体系的な調査をGY23バリアントを使用して実施し、生物物理学的特性評価（プレートレオロジーおよび表面力装置、SFA）と、赤外線（IR）および循環二色（CD）スペクトロスコープによる二次構造調査を組み合わせました。特定の残基をより多くの疎水性またはより疎水性残基のいずれかに変異させると、GY23 coacervateの粘弾性特性を強く調節します。さらに、LLPが誘導されるバッファーのイオン強度とコスモトロピック特性（HofMeisterシリーズ）も、形成されたコーサクタ酸の特性に大きな影響を与えます。CDおよびIRによる構造調査は、内因性（ペプチド配列）または外因性（イオン強度、コスモトロピック特性、老化）因子、およびコーアーザベート内のβシート含有量によって誘導される特性の変動との間の直接的な相関を示しています。これらの調査結果は、生物医学的アプリケーションでますます使用されるプログラム可能な材料特性を備えた短いペプチドコーサバートを合理的に設計するための貴重な洞察を提供します。

Coacervation, or liquid-liquid phase separation (LLPS) of biomacromolecules, is increasingly recognized to play an important role both intracellularly and in the extracellular space. Central questions that remain to be addressed are the links between the material properties of coacervates (condensates) and both the primary and the secondary structures of their constitutive building blocks. Short LLPS-prone peptides, such as GY23 variants explored in this study, are ideal model systems to investigate these links because simple sequence modifications and the chemical environment strongly affect the viscoelastic properties of coacervates. Herein, a systematic investigation of the structure/property relationships of peptide coacervates was conducted using GY23 variants, combining biophysical characterization (plate rheology and surface force apparatus, SFA) with secondary structure investigations by infrared (IR) and circular dichroism (CD) spectroscopy. Mutating specific residues into either more hydrophobic or more hydrophilic residues strongly regulates the viscoelastic properties of GY23 coacervates. Furthermore, the ionic strength and kosmotropic characteristics (Hofmeister series) of the buffer in which LLPS is induced also significantly impact the properties of formed coacervates. Structural investigations by CD and IR indicate a direct correlation between variations in properties induced by endogenous (peptide sequence) or exogenous (ionic strength, kosmotropic characteristics, aging) factors and the β-sheet content within coacervates. These findings provide valuable insights to rationally design short peptide coacervates with programmable materials properties that are increasingly used in biomedical applications.