Peptoid Residues Make Diverse, Hyperstable Collagen Triple-Helices

三螺旋 扁桃体 化学 螺旋(腹足类) 立体化学 生物物理学 生物化学 动物 腹足纲 生物
作者
Julian L. Kessler,Grace Kang,Zhao Qin,Helen H. Kang,Frank G. Whitby,Thomas E. Cheatham,Christopher P. Hill,Yang Li,S. Michael Yu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (29): 10910-10919 被引量:47
标识
DOI:10.1021/jacs.1c00708
摘要

As the only ribosomally encoded N-substituted amino acid, proline promotes distinct secondary protein structures. The high proline content in collagen, the most abundant protein in the human body, is crucial to forming its hallmark structure: the triple-helix. For over five decades, proline has been considered compulsory for synthetic designs aimed at recapitulating collagen's structure and properties. Here we describe that N-substituted glycines (N-glys), also known as peptoid residues, exhibit a general triple-helical propensity similar to or greater than proline, enabling synthesis of stable triple-helical collagen mimetic peptides (CMPs) with unprecedented side chain diversity. Supported by atomic-resolution crystal structures as well as circular dichroism and computational characterizations spanning over 30 N-gly-containing CMPs, we discovered that N-glys stabilize the triple-helix primarily by sterically preorganizing individual chains into the polyproline-II helix. We demonstrated that N-glys with exotic side chains including a "click"-able alkyne and a photosensitive side chain enable CMPs for functional applications including the spatiotemporal control of cell adhesion and migration. The structural principles uncovered in this study open up opportunities for a new generation of collagen-mimetic therapeutics and materials.

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