Experimental investigation of peptide self-assembly structures and applications

Abstract

Günümüz dünyasında peptit kimyası ve uygulamaları, biyoteknolojinin bazı temel alanlarındandır. Bu da, yeni biyomühendislik araçlarının geliştirilmesinde yeterli miktarda ilginin oluşmasını sağlamaktadır. Özellikle, nanoteknolojinin hayatlarımıza girmesi, araştırmacılara 'nano-boyutta' karakterizasyon kazandırmış olup, araştırılacak daha çok soru ve daha çok cevap getirmiştir. Nanoteknolojinin kazandırdıkları ile, moleküllerin moleküller arası etkileşimler ile dinamik davranışlarını anlamak için 'kendi kendine kümeleşme', araştırma alanında bir kavram olarak gelişmiştir. Peptitler doğal olarak bulunabilen ve proteinlerin küçük parçaları olan moleküllerdir ve makroyapılar oluşturmak üzere kendi kendine kümeleşme eğiliminde olabilirler. Mevcut çalışmada küçük oligopeptitler ele alınmıştır. Apolar Alanin amino asidinin pozitif yüklü Lizin ile oluşturduğu peptit dizileri incelenmiştir. Dolayısıyla, Ala-Ala-Ala-Ala-Ala-Ala-Lys (A6K)ve Ala-Ala-Ala-Ala-Ala-Ala-Ala-Ala-Ala-Ala-Lys (A10K) çalışılmış olan model peptitlerdir. A6K hem su hem de döteryumlu su içerisinde çözülerek incelenmiştir. Ayrıca kendi kendine kümeleşmeye pH değişiminin etkisi de NaOH eklenerek çalışılmıştır. A6K'nın solüsyon içerisinde kendi kendine kümeleşme özellikleri görüntüleme ve saçılma teknikleri kullanılarak analiz edilmiştir. Oluşan makroyapıları sınıflandırmak için A6K peptidine genişletilmiş bir faz diyagramı oluşturulmuştur. Peptit molekülü, bir iyon değiştirici ile taşındığı için, elektrostatik etkiler, tri-floro asetat ya da klorür gibi farklı iyon taşıyıcılar kullanılarak incelenmiştir. Çalışmada uygulama için, model peptit olarak A10K seçilmiştir ve sitotoksisitesi araştırılmıştır. A10K'nin kendi kendine kümeleşmesi daha önce çalışılmıştır. Deneysel çalışma boyunca, fibroblastlar (TM3 ve HDF), epitel hücreleri (Vero), endotel hücreleri (HUVEC), ve keratinosit (HaCaT) gibi hücre hatlarıyla çalışılmıştır. Sonrasında, A10K çözeltisi ile hücre kültüründe yara iyileşmesi incelenmiştir.

The chemistry and applications of peptides are some of the major fields of biotechnology in today's world. This brings sufficient amount of interest to develop new bioengineering tools. Especially, introduction of nanotechnology to our lifes allows researches to characterise the details at 'nano-scale' which opens up to more questions and as a result looking for more answers. Over the years, self-assembly developed to understand the dynamic behavior of the molecules with intermolecular interactions. Peptides are molecules which are small fragments of proteins that naturally exist and tend to self-assemble to form macrostructures.In the current study, small oligopeptide molecules are considered. Peptide sequences with the combination of non-polar Alanine aminoacids with positively charged Lysine residues are investigated. Thus, Ala-Ala-Ala-Ala-Ala-Ala-Lys (A6K) and Ala-Ala-Ala-Ala-Ala-Ala-Ala-Ala-Ala-Ala-Lys (A10K) are the model peptides which were studied. A6K were dissolved and its self-assembly behaviour was investigated in both water (H2O) and deuterium oxide (D2O). Also the effect of altering pH to self-assembly of the A6K was studied by addition of NaOH. Self-assembling properties of A6K in the solution form were analysed by using imaging and scattering techniques. An extended phase diagram was obtained for the peptide A6K to classify the formed macrostructures. Since the molecule of the peptide is pulverized with a counter-ion, the electrostatic effect was also investigated for different counter-ions such as tri-flouro acetate (tfa-) and chloride (Cl-). For application, the model peptide A10K was chosen and the cytotoxicty of peptide were studied. The self-assembly behaviour of A10K was previously studied. Varying cell lines were used during the experimental studies such as fibroblast (TM3, HDF), ephitelial cells (Vero), endothel cells (HUVEC) and keratinocytes (HaCaT). Then, in vitro scratch assay were utilized for A10K, to explore this peptide as a potential tool for wound healing.