Peptide Self-Assembly Studied by Small and Wide angle X-ray Scattering

Peptider kan självmontera i lösning till olika aggregatstrukturer, vanligtvis involverade förlängda intermolekylära b-ark. I det här föredraget kommer vi att diskutera självmontering av peptider, från korta syntetiska modellpeptidaggregat till amyloidfibriller och plack som är kännetecken för ett antal neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers och Parkinsons. Genom att använda en kombination av liten och vidvinkel röntgenspridning, SAXS/WAXS, som täcker tre storleksordningar i q-rymd, får vi information om både aggregatstorlek och form, och den lokala molekylära packningen. Modellpeptiderna AnK, där A är alanin, K är lysin och n är antalet alaninrester i peptidkedjan, gör det möjligt att analysera effekterna av molekylstorlek. Intressant är att A6K självmonteras till ihåliga nanorör, medan A8K och A10K bildar tvinnade bandliknande aggregat. Båda fallen involverar ett peptidmonoskikt av laminerade b-ark, med molekylerna arrangerade med en 2D kristallin packning, sett från observerade diffraktionsmönster i WAXS-regimen. Som ett exempel visar figur 1A SAXS/WAXS-mönstret från A6K nanorör, med WAXS-regimen markerad i insättningen. För längre peptider, som Amyloid-b (Alzheimers - 42 aminosyror) och a-Synuclein (Parkinsons - 140 aminosyror), är självmonteringen något annorlunda. Dessa molekyler viks i 2D och staplas sedan i den tredje dimensionen med intermolekylära b-ark och bildar de karakteristiska amyloidfibrillerna. Medan 2D-vecket kan karakteriseras i detalj genom till exempel solid state NMR-metoder, tillhandahåller SAXS kompletterande information om fibrillens tvärsnittsstruktur.

Figur: (A) SAXS/WAXS-mönster erhållna från vattenhaltiga A6K-lösningar vid två olika peptidvolymfraktioner, f. Den lägsta koncentrationen, f=0,07, är under den kritiska aggregationskoncentrationen, och SAXS-mönstret visar endast spridningen från peptidmonomerer. Provet f=0,12 har ett spridningsmönster som överensstämmer med ihåliga nanorör. Insättningen belyser WAXS-regimen. (B) Anisotropt WAXS-mönster på grund av partiell inriktning av nanorören i röntgenkapillären. (C) Modell av peptid-b-sheet-arrangemanget i nanoröret.