トリフルオロエタノール - 水混合物における二次構造の遷移とペプチドの自己組織化傾向の起源

膜ペプチドの相互作用は、アミロイド形成の初期段階におけるヘリカル中間体の形成の鍵です。2,2,2-トリフルオロエタノール（TFE）の水溶液は、局所ペプチド相互作用を促進および安定化できる膜模倣環境を提供します。Uperin 3.5（U3.5）は、17レシドであり、抗菌性ペプチドの中で、水で構造化されていませんが、塩の存在下でフィブリルに自己組織化します。U3.5の自己組織化に関連する二次構造遷移は、ペプチドの自己組織化とアミロイド形成における膜ペプチド相互作用の役割を評価するために、塩の非存在と存在の両方でTFE/水混合物で調査されました。U3.5のフィブリル収率の5〜7倍の増加は、生理学的緩衝液と比較して低いTFE濃度（10％TFE/水V/V）で観察されましたが、塩の存在下でのみ観察されました。塩のないTFE/水混合物では、凝集は観察されませんでした。循環二色性スペクトルは、最初にTFEによって安定化された部分的ならせん構造が、生理食塩水緩衝液中のβシートが豊富な凝集体に遷移することを示しました。分子動力学シミュレーションにより、TFEと塩はペプチドペプチド相互作用を促進するために相乗的に作用することを確認し、低いTFE濃度でβシートが豊富なU3.5オリゴマーをもたらしました。具体的には、TFEは両親媒性のヘリカル中間体を安定化し、疎水性相互作用を通じてペプチドペプチド誘引の増加につながりました。塩の存在は、積極的に帯電した残基をスクリーニングすることにより、ペプチドペプチド相互作用をさらに強化しました。したがって、この研究では、抗菌性U3.5ペプチドにおけるアミロイド形成への経路上のらせん中間体を安定化する際の膜模倣の役割が明らかになりました。

Membrane-peptide interactions are key to the formation of helical intermediates in the early stages of amyloidogenesis. Aqueous solutions of 2,2,2-trifluoroethanol (TFE) provide a membrane-mimetic environment capable of promoting and stabilizing local peptide interactions. Uperin 3.5 (U3.5), a 17-residue and amidated antimicrobial peptide, is unstructured in water but self-assembles into fibrils in the presence of salt. Secondary structure transitions linked to U3.5 self-assembly were investigated in TFE/water mixtures, in both the absence and presence of salt, to assess the role of membrane-peptide interactions on peptide self-assembly and amyloid formation. A 5-to-7-fold increase in fibril yield of U3.5 was observed at low TFE concentrations (10% TFE/water v/v) compared with physiological buffer but only in the presence of salt. No aggregation was observed in salt-free TFE/water mixtures. Circular dichroism spectra showed that partial helical structures, initially stabilized by TFE, transitioned to β-sheet-rich aggregates in a saline buffer. Molecular dynamics simulations confirmed that TFE and salt act synergistically to enhance peptide-peptide interactions, resulting in β-sheet-rich U3.5 oligomers at low TFE concentrations. Specifically, TFE stabilized amphipathic, helical intermediates, leading to increased peptide-peptide attraction through hydrophobic interactions. The presence of salt further enhanced the peptide-peptide interactions by screening positively charged residues. Thus, the study revealed the role of a membrane mimic in stabilizing helical intermediates on the pathway to amyloid formation in the antimicrobial U3.5 peptide.