De novo design of peptides that bind specific conformers of α-synuclein

作者
Hailey M. Wallace,Hyunjun Yang,Sophia K. Tan,Henry S. Pan,Rose Yang,Junyi Xu,Hyunil Jo,Carlo Condello,Nicholas F. Polizzi,William F. DeGrado
出处
期刊:Chemical Science [Royal Society of Chemistry]
卷期号:15 (22): 8414-8421 被引量:9
标识
DOI:10.1039/d3sc06245g
摘要

Abstract Insoluble amyloids rich in cross-β fibrils are observed in a number of neurodegenerative diseases. Depending on the clinicopathology, the amyloids can adopt distinct supramolecular assemblies, termed conformational strains. However, rapid methods to study amyloid in a conformationally specific manner are lacking. We introduce a novel computational method for de novo design of peptides that tile the surface of α-synuclein fibrils in a conformationally specific manner. Our method begins by identifying surfaces that are unique to the conformational strain of interest, which becomes a “target backbone” for the design of a peptide binder. Next, we interrogate structures in the PDB database with high geometric complementarity to the target. Then, we identify secondary structural motifs that interact with this target backbone in a favorable, highly occurring geometry. This method produces monomeric helical motifs with a favorable geometry for interaction with the strands of the underlying amyloid. Each motif is then symmetrically replicated to form a monolayer that tiles the amyloid surface. Finally, amino acid sequences of the peptide binders are computed to provide a sequence with high geometric and physicochemical complementarity to the target amyloid. This method was applied to a conformational strain of α-synuclein fibrils, resulting in a peptide with high specificity for the target relative to other amyloids formed by α-synuclein, tau, or Aβ40. This designed peptide also markedly slowed the formation of α-synuclein amyloids. Overall, this method offers a new tool for examining conformational strains of amyloid proteins.

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