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在国家自然科学基金项目（项目批准号：21673293, 21573287, 21503275）等资助下，中国石油大学（华东）徐海教授课题组与国内外学者合作，在短肽自组装机制和结构调控研究中取得重要进展。相关成果以“Nanoribbons self-assembled from short peptides demonstrate the formation of polar zippers between β-sheets”（短肽自组装纳米带证实β折叠片之间极性拉链结构的形成）为题，于2018年11月30日在《自然》子刊Nature Communications（《自然·通讯》）上发表，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-07583-2.
著名生物化学家Max Perutz（马克斯·佩鲁茨）在上世纪90年代提出了“极性氨基酸拉链结构”。这种“极性氨基酸拉链结构”存在于聚谷氨酰胺链（strand）之间。徐海团队设计了序列为I3QGK, I3SGK, I3NGK等系列小分子短肽，通过原子力显微镜、小角中子散射、固体核磁共振等技术等研究了其自组装纳米结构，发现“极性氨基酸拉链结构”也可以在β折叠片之间形成，从而促使β折叠片的侧向堆积。该结构为一种新型的超二级结构，有利于肽的分级组装形成有序聚集体[1]。
此前，该课题组设计了KI4K, KI3NleK, KI3LK, KI3TleK, KI3VK, KI2V2K, KIV3K, KV4K等系列Bola型两亲性短肽，发现这类短肽易于自组装形成纳米管状结构，通过改变疏水残基的疏水性和侧链分支，可以实现纳米管尺寸的定向调控[2]。针对手性在肽自组装中的传递机制和规律这一科学问题，该课题组通过改变短肽氨基酸残基的手性，设计了系列互为对应异构体的I3K分子，研究发现肽链C端赖氨酸（K）残基的手性决定了组装体纳米纤维的螺旋手性，N端疏水性异亮氨酸（I）残基的手性决定了组装体圆二色光谱的信号特征[3]。
上述研究结果不仅提高了人们对多肽和蛋白质折叠、组装的认识，而且对通过分子设计构筑新型的肽基超分子结构和生物材料具有重要的指导意义。在此基础上，该研究团队设计开发了系列具有高效抗菌、抗肿瘤和快速凝血性能的功能性短肽，并依此授权了多项国家发明专利[4-5]。
参考文献：
Meng Wang, Jiqian Wang, Peng Zhou, Jing Deng, Yurong Zhao, Yawei Sun, Wei Yang, Dong Wang, Zongyi Li, Xuzhi Hu, Stephen M. King, Sarah E. Rogers, Henry Cox, Thomas A. Waigh, Jun Yang, Jian Ren Lu, Hai Xu. Nanoribbons self-assembled from short peptides demonstrate the formation of polar zippers between β-sheets. Nat. Commun. 2018, 9, 5118.
Yurong Zhao, Wei Yang, Dong Wang, Jiqian Wang, Zongyi Li, Xuzhi Hu, Stephen King, Sarah Rogers, Jian R. Lu, Hai Xu. Controlling the Diameters of Nanotubes Self-Assembled from Designed Peptide Bolaphiles. Small 2018, 14, 1703216.
Meng Wang, Peng Zhou, Jiqian Wang, Yurong Zhao, Hongchao Ma, Jian Ren Lu, and Hai Xu. Left or Right: How Does Amino Acid Chirality Affect the Handedness of Nanostructures Self-Assembled from Short Amphiphilic Peptides? J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 4185–4194.
Cuixia Chen, Yu Zhang, Rui Fei, Changhai Cao, Meng Wang, Jingxin Wang, Jingkun Bai, Henry Cox, Thomas Waigh, Jian R. Lu, Hai Xu. Hydrogelation of the Short Self-Assembling Peptide I3QGK Regulated by Transglutaminase and Use for Rapid Hemostasis. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 17833–17841.
Cuixia Chen, Yu Zhang, Zhe Hou, Xuejing Cui, Yurong Zhao, and Hai Xu. Rational Design of Short Peptide-Based Hydrogels with MMP-2 Responsiveness for Controlled Anticancer Peptide Delivery. Biomacromolecules 2017, 18, 3563?3571.
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