De novo design and synthesis of an ice-binding, Dendrimeric, Polypeptide based on insect antifreeze proteins

Síntesis y diseño de novo de un Polipéptido Dendrímero con unión al hielo basado en las proteinas anticongelantes de insectos

Se presenta una nueva estrategia para el diseño y la síntesis de péptidos que exhiben una actividad de unión y anticongelante. Se sintetizó en fase sólida un andamiaje de polipéptidos dendrímeros de tipo penante que combina una espina dorsal helicoidal de α con cuatro ramas cortas de β, utilizando la química Fmoc en un enfoque divergente. El dendrímero de 51 residuos se caracterizó por la cromatografía líquida de alto rendimiento en fase inversa, la espectrometría de masas y el dicroísmo circular. Cada rama de β-strand contenía tres repeticiones superpuestas de aminoácidos TXT, un motivo de unión al hielo que se encuentra en la cara de unión al hielo de las proteínas anticongelantes del gusano de la yema del abeto (Choristoneura fumiferana) y del escarabajo (Tenebrio molitor). Los cristales de hielo en presencia del monómero polipeptídico mostraban una morfología de placa plana y hexagonal, similar a la producida por las proteínas anticongelantes de actividad débil. Una forma dimérica oxidada del polipéptido dendrímero también producía cristales de hielo hexagonales planos y era capaz de inhibir el crecimiento de los cristales de hielo al reducirse la temperatura, fenómeno que se denomina histéresis térmica, una propiedad definitoria de las proteínas anticongelantes. La vinculación del dendrímero de tipo penante con un polipéptido trifuncional de tipo cascada produjo una macromolécula trimérica que tiene cristales de hielo hexagonales planos con mayor actividad de histéresis térmica que el dímero o el monómero y un patrón de estallido de cristales de hielo similar al producido por las muestras que contienen proteínas anticongelantes de insectos. Esta macromolécula también era capaz de inhibir la recristalización del hielo.

INTRODUCCIÓN

Los dendrímeros son un grupo de compuestos macromoleculares ramificados con propiedades fisicoquímicas, composición, peso molecular y estructuras variadas que se están utilizando en varios campos de investigación (1, 2). Dependiendo de la distribución de las ramificaciones, los dendrímeros pueden clasificarse como de tipo cascada, pennant o radial (3, 4). En general, los dendrímeros constan de tres partes: un núcleo central, unidades de ramificación y grupos funcionales en los extremos de las ramas. Los dendrímeros peptídicos que se sintetizan sin un núcleo y que crecen en una dirección suelen denominarse dendrones (1, 2, 5), pero aquí no se hace esta distinción.