プロリンを含む環状ペプチドからのオールペプチドベースのロタキサンの合成

ロタキサン架橋剤は、インターロック構造の可動性に起因する応力分散効果を介して、結果として得られるロタキサン架橋ポリマーの靭性を高めます。これまで、ロタキサン架橋剤の組成の多様性は限られており、これらの架橋剤とペプチドおよびタンパク質の互換性が低いことは、そのような材料での使用を困難にしています。ペプチドで構成されるロタキサンの合成は、ペプチドやタンパク質と互換性のある生分解性架橋剤をもたらし、ポリペプチドとタンパク質の要塞化を可能にし、最終的に優れた機械的特性と生分解性を持つ革新的な材料の開発につながる可能性があります。しかし、オールペプチドベースのロタキサンの化学合成は、ペプチドに強い結合モチーフが存在しないため、とらえどころのないままであり、軸ペプチドが環状ペプチドに浸透するのを防ぎます。ここでは、プロリンを含む環状ペプチドのための活性テンプレート法を使用して、全ペプチドベースのロタキサンを合成しました。分子動力学シミュレーションの結果は、膨張性内部空洞と中心に向けられたカルボニル酸素を持つ環状ペプチドがロタキサン合成に有利であることを示唆しています。このロタキサン合成法は、機械的に閉じ込められた構造を持つペプチドとタンパク質の合成を加速し、前例のない機能性を持つペプチドおよびタンパク質ベースの材料の発達につながる可能性があると予想されます。

Rotaxane cross-linkers enhance the toughness of the resulting rotaxane cross-linked polymers through a stress dispersion effect, which is attributed to the mobility of the interlocked structure. To date, the compositional diversity of rotaxane cross-linkers has been limited, and the poor compatibility of these cross-linkers with peptides and proteins has made their use in such materials challenging. The synthesis of a rotaxane composed of peptides may result in a biodegradable cross-linker that is compatible with peptides and proteins, allowing the fortification of polypeptides and proteins and ultimately leading to the development of innovative materials that possess excellent mechanical properties and biodegradability. However, the chemical synthesis of all-peptide-based rotaxanes has remained elusive because of the absence of strong binding motifs in peptides, which prevents an axial peptide from penetrating a cyclic peptide. Here, we synthesized all-peptide-based rotaxanes using an active template method for proline-containing cyclic peptides. The results of molecular dynamics simulations suggested that cyclic peptides with an expansive inner cavity and carbonyl oxygens oriented toward the center are favorable for rotaxane synthesis. This rotaxane synthesis method is expected to accelerate the synthesis of peptides and proteins with mechanically interlocked structures, potentially leading to the development of peptide- and protein-based materials with unprecedented functionalities.