A carregar...
Publicação
Exploring strategies to discover and enhance catalytic activity in short peptides
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 2.75 MB | Adobe PDF |
Orientador(es)
Resumo(s)
The utilization of peptides as catalysts in aqueous media remains a challenge due to the peptide’s inherently conformational heterogeneity. In the field of catalytic peptides two primary approaches are pursued: discovery and enhancement. The discovery approach seeks to broaden the sequence space for catalytic functions through various methods (e.g., in vitro technologies, use of non-canonical amino acids, or by enzyme mimicry). The enhancement approach concentrates on improving catalytic activity through design, often combining catalytic units with structural motifs to limit the flexibility of peptides or to create self-assembled peptide systems. To address conformational flexibility in catalytic peptides, two approaches were exploited in this work. We have used peptide-phage display libraries to screen for conformational selection towards lipid-like molecules, here exemplified by the self-assembled eight-carbon monoalkyl phosphates. These supramolecular targets proved to be effective in selecting peptides with defined structures. Three rounds of biopanning led to the discovery of 29 novel sequences enriched in hydrophobic and charged residues, and catalytic activity towards pNPP, a model substrate of phosphatase activity. As an enhancement strategy, we studied the influence of liquid-liquid phase separation (LLPS) on the catalytic capabilities of flexible peptides. LLPS in living cells provides innovative pathways for synthetic compartmentalized catalytic systems. In this study, we focused on the P7 peptide (KVYFSIPWRVPM-NH2), known for its phosphatase activity and affinity for phosphorylated assemblies, as model system. Previously, our lab showed the P7's propensity to undergo LLPS, leading to the formation of compartments, also known as coacervates, formed by fully folded beta-hairpin structured peptide. Our research unveiled that P7 coacervates possessed the ability to selectively sequester phosphotyrosine-containing substrates, resulting in a remarkable 15,000-fold increase in catalytic efficiency when compared to soluble peptides. This study presents a significant opportunity to leverage the potential of catalytic peptides by harnessing compartmentalization in aqueous environments.
A utilização de péptidos como catalisadores em meio aquoso continua a ser um desafio devido à heterogeneidade inerentemente conformacional das sequências peptídicas. Na área de investigação dos péptidos catalíticos duas abordagens principais são utilizadas: descoberta e aprimoramento da atividade catalítica. A descoberta procura ampliar o espaço de sequência para funções catalíticas através de vários métodos (tecnologias in vitro, uso de aminoácidos não canónicos ou por “enzyme mimiking”). A abordagem de aprimoramento centra-se na melhoria da atividade catalítica através do design, muitas vezes combinando unidades catalíticas com motivos estruturais para limitar a flexibilidade dos peptídeos ou para criar sistemas peptídicos self-assembled.Para abordar a flexibilidade conformacional dos péptidos, duas abordagens foram exploradas neste trabalho. Utilizamos bibliotecas peptídicas de phage display de forma a selecionar sequências que são capazes de se ligarem ao ligando supramolecular monoalquil fosfato, que é uma “lipid-like molecule”. Estes ligandos supramoleculares provaram ser eficazes na seleção de péptidos com estruturas definidas. Três “rounds” de “biopanning” levaram à descoberta de 29 novas sequências enriquecidas em resíduos hidrofóbicos e carregados, e atividade catalítica para o para-nitrofenil fosfato (pNPP), um substrato modelo da atividade da fosfatase. Como estratégia de aprimoramento, investigamos de que forma é que a separação de fases líquidolíquido (LLPS) influencia a atividade catalítica de sequências peptídicas flexíveis, com foco no péptido catalítico, P7. Demonstramos que este péptido é capaz de sofrer separação líquido-líquido, formando compartimentos conhecidos como coacervados. Quando estes compartimentos se formam, o péptido adota uma estrutura secundária estável em “fully-folded β-hairpin”. Esses coacervados P7 têm a notável capacidade de sequestrar seletivamente substratos contendo tirosina fosforilada, resultando em um aumento significativo de 15.000 vezes na eficiência catalítica em comparação ao mesmo péptido na sua forma solúvel. Este estudo abre oportunidades promissoras para explorar o potencial dos péptidos catalíticos por meio da compartimentalização em ambientes aquosos.
A utilização de péptidos como catalisadores em meio aquoso continua a ser um desafio devido à heterogeneidade inerentemente conformacional das sequências peptídicas. Na área de investigação dos péptidos catalíticos duas abordagens principais são utilizadas: descoberta e aprimoramento da atividade catalítica. A descoberta procura ampliar o espaço de sequência para funções catalíticas através de vários métodos (tecnologias in vitro, uso de aminoácidos não canónicos ou por “enzyme mimiking”). A abordagem de aprimoramento centra-se na melhoria da atividade catalítica através do design, muitas vezes combinando unidades catalíticas com motivos estruturais para limitar a flexibilidade dos peptídeos ou para criar sistemas peptídicos self-assembled.Para abordar a flexibilidade conformacional dos péptidos, duas abordagens foram exploradas neste trabalho. Utilizamos bibliotecas peptídicas de phage display de forma a selecionar sequências que são capazes de se ligarem ao ligando supramolecular monoalquil fosfato, que é uma “lipid-like molecule”. Estes ligandos supramoleculares provaram ser eficazes na seleção de péptidos com estruturas definidas. Três “rounds” de “biopanning” levaram à descoberta de 29 novas sequências enriquecidas em resíduos hidrofóbicos e carregados, e atividade catalítica para o para-nitrofenil fosfato (pNPP), um substrato modelo da atividade da fosfatase. Como estratégia de aprimoramento, investigamos de que forma é que a separação de fases líquidolíquido (LLPS) influencia a atividade catalítica de sequências peptídicas flexíveis, com foco no péptido catalítico, P7. Demonstramos que este péptido é capaz de sofrer separação líquido-líquido, formando compartimentos conhecidos como coacervados. Quando estes compartimentos se formam, o péptido adota uma estrutura secundária estável em “fully-folded β-hairpin”. Esses coacervados P7 têm a notável capacidade de sequestrar seletivamente substratos contendo tirosina fosforilada, resultando em um aumento significativo de 15.000 vezes na eficiência catalítica em comparação ao mesmo péptido na sua forma solúvel. Este estudo abre oportunidades promissoras para explorar o potencial dos péptidos catalíticos por meio da compartimentalização em ambientes aquosos.
Descrição
Palavras-chave
Phage display M13 bacteriophage monoalkyl phosphate para-nitrophenyl phosphate liquid-liquid phase separation P7 peptide-based coacervates