Αναγνωστοπούλου Ευαγγελία Ιανουάριος 2011

1. Τμήμα Επιστήμης & Τεχνολογίας Υλικών ΒΙΟΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΝΑΝΟΔΟΜΕΣ Αναγνωστοπούλου Ευαγγελία Ιανουάριος 2011 Self-Assembly of Coiled Coils in Synthetic BiologyHana Robson Marsden and Alexander KrosAngew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 2988 – 3005

2. Δομή των Coiled Coils Coiled Coils στη φύση Coiled Coils στη συνθετική βιολογία περιεχομενα Bottom – up !

3. A. Coiled Coil Structure Coiled coil= δομικό μοτίβο πεπτιδίων Amphipathic έλικα= έλικα που αποτελείται hydrophobic & lipolar τμήμα a-d : μη πολικάαμινοξέα, καθορίζουν την Ε σύνδεσης b, c, f : πολικά αμινοξέα e, g : φορτισμένα αμινοξέα

4. Key role of Coiled coils Αλληλουχία αμινοξέων καθορίζει : Κατάσταση ολιγομερισμού Μέγεθος (2- 200 nm) Διεύθυνση συνδεσμολογίας Όμο- ή ετεροσύνδεση Μηχανική Σταθερότητα Αλληλουχία αμινοξέων εξαρτάται από : Θερμοκρασία pH Ύπαρξη ιόντων μετάλλων Short coiled coils Long coiled coils ΠοικιλίαCoiled coils στη φύση που επιτρέπει την σύνθεση βελτιωμένων νανοδομών με συγκεκριμένες ιδιότητες

5. Short COILED COILS στη φυση • Υψηλής ακρίβειας “cellular Velcro” επειδή • (αποτελούνται από 2-6 heptad επαναλήψεις) • Αναδιπλώνονται σε σταθερά complex • ενδομοριακή πλευρική σύζευξη πρωτεϊνών • bZip (basic region leucine Zipper) • Ενεργοποιεί ή καταστέλλει την γονιδιακή μεταγραφή μέσω δεσμών Η μεταξύαμινοξέων (e,g) & DNA.

6. Long coiled coils στη φυση Λειτουργούν ως «συνδετικοί κρίκοι» , λόγω των πολλών heptad επαναλήψεων. Εlong c-c< Εshort c-c=> long c-c αναλαμβάνουν περισσότερες λειτουργίες στο κύτταρο: Δομικές, Συνδετικές & Δυναμικές Spectrin protein – δομική μονάδα κυτταροσκελετού, σχηματίζει ένα πλέγμα κάτω από την κυτταρική μεμβράνη. -αποτελείται από αντιπαράλληλα ετεροτριμερή. - Το σχήμα & η μηχανική αντοχή της κυτταρικής μεμβράνης εξαρτώνται από την σύνδεση 2 spectrin πρωτεϊνών.

7. B. COILED COILS IN NATURE - Dynamic functions Μέσα ενδομοριακής μεταφοράς & επικοινωνίας

8. 1. INTRACELLULAR CABLES - myosins • Myosin είναι υπεύθυνη για την F συστολήςτων μυών τραβώντας κατά μήκος τα νήματα actin . • Αποτελείται από δίπολα σύμπλοκα αντιπαράλληλων coiled coil AFM of a stretched muscle Lc-c =150nm TEM μυ σε ηρεμία

9. 1. Actin filament Myosin head ATP 2. 3. Pi 4. ADP 5. “-” “+” Thick filament Η myosin είναι σφιχτά δεμένη με την actin. 2. Γίνεται σύνδεση με ATP. 3. Η υδρόλυση του ATP απελευθερώνει την myosin. 4. Απελευθερώνεται ADP & Pi => παραγωγή Ε. 5. Κίνηση & επανασύνδεση με actin. “-” “+”

10. 2. Transport Vesicles – snare proteins Η πρωτεΐνη SNARE είναι υπεύθυνη για την συγχώνευση των κυτταρικών μεμβρανών. Αποτελείται από 3 τύπους SNARE που σχηματίζουν ένα τετραπλό coiled coil Δεσμοί υδρογόνου Εκλύεται Ε λόγω της σύνδεσης των SNARΕ. Το c-c με τη βοήθεια Rab πρωτεΐνης & την απελευθέρωση GDP υπερνικά την υδροστατική πίεση μεταξύ των μεμβρανών => διάχυσή τους

11. Ph Mediated extension – enveloped viruses Enveloped viruses (ιοί φάκελοι) = ιοί που περιβάλλονται από λιπιδική μεμβράνη. Influenza virus αποτελείται από ένα 3συσταδικό coiled coil μεσφαιρικές κεφαλές σε pH 7.4. pH 7 pH 5 • Ο ιός συνδέεται μέσω των κεφαλών sialic acid στην κυτταρική μεμβράνη. • - Εισέρχεται στοενδοσωμικόμονοπάτι όπου το pH είναι χαμηλότερο. • Για 5 pHο ιός υφίσταται ριζική μεταβολή (επιμηκύνεται) εκτείνοντας το υδρόφοβο • πεπτίδιο διάχυσης στην κυτταρική μεμβράνη. • - Ο ιός απελευθερώνει τογονιδίωμάτουστο κυτταρόπλασμα.

12. c. Synthetic coiled coils Αυτό-οργάνωση coiled coils με χρήση υδρόφοβων πολυμερών • Γιατί E/K πεπτίδια?Λόγω 3 heptad επαναλήψεων=>Short c-c=> σταθ. δομή • Στάδια αυτό-οργάνωσης • 1ο: Μη-ομοιοπολικά αμφίφυλα 3συσταδικά • πολυμερή • (hydrophilicpeptides+hydrophobic polymer) • 2ο:Ραβδόμορφεςδομές • 1. π-παλληλεπιδράσεις • 2. Δεσμοί υδρογόνου • 3. ηλεκτροστατικές F • Χαρακτηριστικά : • Αντιστρεψιμότητα του συστήματος • (λόγω συσσωμάτωσης υδρόφοβων πολυμερών) • ↑ διαλυτότητα • Εφαρμογή : κινητήριες πρωτεΐνες, παράγοντες μεταγραφής. PS = polystyrene PEG = poly(ethylene glycol) E & K = peptides PS E/K PEG K PEG E/K PEG E/K PEG

13. Coiled coil systems – SNARE MODEL V-SNARE SNAP-25 t-SNARE SNARE model SNARE πρωτεΐνη Κλειδί: χρήση απλοποιημένων εκδοχών SNARE: 1. Σύνδεση πεπτιδίων E, K με PEG. (Ρόλος PEG: επέκταση των συστατικών των E, K στην κυτταρική μεμβράνη. 2. Χρήση φωσφολιπιδικήςουράς (DOPE) με στόχο την εναγκύστρωση των coiled-coil στην κυτταρική μεμβράνη. Αναλαμβάνει το ρόλο της v-SNARE.

14. Amphipathic έλικα Συμπερασματα Short coiled coils: « κυτταρικά Velcro» bZipΕνεργοποιεί ή καταστέλλει την γονιδιακή μεταγραφή μέσω δεσμών Η μεταξύαμινοξέων (e,g) & DNA. Long coiled coils: «Συνδετικοί κρίκοι» Εlong c-c< Εshort c-c Spectrin proteinΔομική μονάδα κυτταροσκελετού. Αποτελείται από αντιπαράλληλαετεροτριμερή. • Ενδοκυττάρια καλώδια • Myosin(F συστολήςτων μυών). Αποτελείται από δίπολα σύμπλοκα αντιπαρ/λωνcoiled coil. Η υδρόλυση του ATP απελευθερώνει ADP+Pi => κίνηση κατά μήκος της actin. • Κυστίδιαμεταφοράς • SNARE(συγχώνευση κυτταρικών μεμβρανών). Αποτελείται από 3 τύπους SNARE που σχηματίζουν ένα τετραπλό coiled coil. Η υδρόλυση του GDP απελευθερώνει GTP =>διάχυση μεμβρανών. Αλλαγή pH Influenza virus αποτελείται από ένα 3συσταδικό coiled coil μεσφαιρικές κεφαλές σε pH 7.4. Για 5 pH απελευθερώνει τογονιδίωμάτουστο κυτταρόπλασμα. • Συνθετικά Coiled Coils • Αυτό-οργάνωση c-cμε χρήση υδρόφοβων πολυμερώνγια σχηματισμό δομών που αλλάζουν • σχήμα ~ Τ. • Απλοποιημένο μοντέλο SNAREμε χρήση PEG (≈SNAP-25) & DOPE (≈v-SNARE).

15. Self-Assembly of Coiled Coils in Synthetic Biology: Inspiration and Progress, Hana Robson Marsden and Alexander Kros H. Robson Marsden, A. V. Korobko, E. N. M. van Leeuwen, E. M. Pouget, S. J. Veen, N. Sommerdijk, A. Kros, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 9386. H. Robson Marsden, N. A. Elbers, P. H. H. Bomans, N. Sommerdijk, A. Kros, Angew. Chem. 2009, 121, 2366; Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 2330. βιβλιογραφια Ευχαριστώ για την προσοχή σας