Μελέτες της οργάνωσης δομικών πρωτεϊνών σε εξωκυτταρικά συστήματα με ελικοειδή αρχιτεκτονική και ανάλογά τους

Abstract

Several extracellular fibrous structures exhibit a helicoidal architecture. Such structures occur in insect and fish eggshells (protein fibers embedded in a protein matrix), in arthropod cuticle (polysacharide fibers embedded in a protein matrix), in plant cell walls (polysacharide fibers embedded in a polysacharide matrix) etc. The widespread occurrence of helicoidal architecture, as well as, its association with mechanical strength and thermal insulation it provides, is intriguing. In order to find a common 'molecular denominator’, which probably dictates the protein folding and self-assembly, for the formation of structures with a helicoidal architecture, three different biological model systems were studied: the system of peptide-analogues of parts of silkmoth chorion proteins, the system offish eggshell (chorion) and the system of insect cuticle. The silkmoth eggshell is used, for more than twenty years, as a model system to study the folding and self-assembly of structural proteins, for the formation of complex, physiologically important, biological structures. In order to determine, the rules which govern the molecular architecture of silkmoth chorion and to correlate chorion structure with its significant physiological functions, the structural properties and self-assembly mechanisms of two synthetic peptide-analogues of the central conservative domain of silkmoth chorion proteins were studied: one 51-residue peptide-analogue of the entire central domain of the A family of silkmoth chorion proteins (cA peptide) and one 18-residue peptide- analogue of a part of the central domain of the B family of silkmoth chorion proteins (S peptide). These peptide-analogues were studied both in the solid state and in solution, assuming that this analysis could reveal structural patterns of folding and packing, important for the structure and self-assembly mechanisms of chorion proteins. In this study, it has been shown that these peptides self-assemble in various solvents, pH values, ionic strengths and temperatures to form gels which consist of amyloid-like fibrils. These fibrils were judged to be amyloid-like from their structural and tinctorial characteristics: they are uniform in diameter (100 Å), straight, unbranched double helices of indeterminate length, they bind Congo red, showing the characteristic for amyloids yellow-green birefringence, when seen under crossed polars and, suspensions of these fibrils form oriented fibers, which give characteristic 'cross-β' X-ray diffraction patterns. Also, ATR FT-IR, FT-Raman and CD spectroscopy indicate clearly that the peptides, which constitute the amyloid-like fibrils, adopt a β-pleated sheet type of structure. From modeling work, we proposed two possible favourable alternative structures for silkmoth chorion proteins: an antiparallel β-pleated sheet model structure, or a left β-helix structure as constituents of the amyloid like fibrils or the fibrils of the in vivo state. The cA and B peptides together correspond to ca. 40% of the total chorion mass. Therefore, they represent a large part of the structure of chorion proteins. The fact that their self-assembly mechanisms produce amyloid-like fibrils under a great and diverse variety of conditions, strongly suggests that they should fold in an amyloid fashion also in the physiological state. Concomitant evidence for this assumption can be found in previous studies of silkmoth chorion, where lamellae (layers) of fibrils with the same dimensions, ca. 70 Å-100 Å, as the cA peptide double-helical fibrils, form the helicoidal architecture of silkmoth chorion. It has also been shown that, chorion fibrils consist of 30 Å-40 Å protofilaments with a helical structure. Furthermore, antiparallel β-pleated sheet is the dominant molecular conformation of silkmoth chorion proteins in vivo. Consequently, in chorion protein amyloids, the amyloidogenic conformation is, apparently, the native conformation. To our knowledge, this is the first well documented case where amyloid-like fibrils are formed from a peptide which has a sequence so clearly folded in an antiparallel β-pleated sheet type of structure of the 'cross-β' type. Nature, after millions of years of molecular evolution, has designed these amyloid-like chorion peptides to play an important functional role: to protect the oocyte and the developing embryo from a wide range of environmental hazards. We believe that chorion proteins and peptide analogues provide a suitable model system for the study of amyloid formation. Also, the results of this study open novel routes: a) in our attempts to unravel the molecular mechanisms of self-assembly, for the formation of silkmoth chorion, a biological analogue of cholesteric liquid crystals, and, b) for the formation of novel biocompatible polymeric structures, with exceptional physicochemical properties, for potentially new biomedical and industrial applications (biomaterials). The fact, that the lamellar supramolecular structure predominates, not only in lepidopteran chorions, but also in several fish eggshells (e.g. rainbow trout) guided us to extend our studies to the chorions of three teleostean fishes: the sea bass (D.labrax), the sea bream (S.aurata) and the D.dentex. Scanning electron microscopy studies showed that, the chorion of the three teleosts consists of a small number (ca. 9-12) of lamellae, which is an indication of the existence of a helicoidal architecture. Biochemical analysis of chorion proteins, from mature follicles of the same teleosts, by using SDS-PAGE, showed that the proteins of S.aurata can be classified into three and of D.dentex and D.labrax into four main families: of 45, 50 and 75 kDa and of 45, 50, 89 and 120 kDa, respectively. ATR FT-IR and FT-Raman spectra of egg chorions of the three fishes exhibited well-defined maxima in the amide I, II and III regions, typical of β-pleated sheet structure. These results were supported from the X-ray diffraction patterns, characteristic of β-pleated sheet structure, which were collected from the same chorion specimens, and, also from quantitative analysis of protein secondary structure from the spectra, which gave high percentages of β-pleated sheet structure. However, the formation of these chorions by a self-assembly process is far from being understood, yet. To envisage how these β-sheets interact to form a three-dimensional helicoidal architecture requires also a knowledge of the corresponding amino acid sequences. Unfortunately, to date, sequences of fish chorion proteins are not available. Similar studies were carried out in the system of cuticle, which constitutes the major and most important part of insect exoskeleton and of other arthropods (carcinoids, arachnids etc.). Cuticles can be generally classified as ‘hard’ (rigid) or ‘soft’ (elastic). Interest in cuticular proteins has increased during recent years, and the primary structure of several cuticular proteins has been determined at different developmental stages as well as of different species. More than 100 cuticular proteins (exocuticle/endocuticle) are today available, which share sequence similarities. They bear a motif similar to that first identified by Rebers and Riddiford (1988) in seven cuticular proteins, usually called the ‘R&R consensus’: G-x(8)-G-x(6)-Y-x-A-x-E-x-GY-x(7)-P-x(2)-P. For each protein, predictions of secondary structure were performed, utilizing the prediction package SecStr developed by Prof. S. Hamodrakas. Joint prediction histograms were then constructed. An average secondary structure prediction was then made separately for proteins from ‘hard and ‘soft’ cuticles. For the proteins of the ‘hard’ cuticle, four β-strands were predicted alternating with β-turns/loops, whereas, for proteins of the ‘soft’ cuticle three β-strands were predicted alternating with β-turns/loops. Experimental verification of the theoretical predictions was provided by ATR FT-IR and FT-Raman spectroscopic studies of cuticle specimens and of cuticular proteins from the lepidopteran H.cecropia. According to these studies, β-pleated sheet is the predominant secondary structure of ‘soft’ cuticle proteins, whereas for the proteins of ‘hard’ cuticle the experimental results are not clear yet. CD spectroscopy studies support also these conclusions. Consequently, β-pleated sheet dictates the formation not only of helicoidal chorion, but also of helicoidal cuticle. Thus, the main conclusion from the study of the previous three biological model systems is that: the common ‘molecular denominator’ which dictates the formation of helicoidal architecture is the β-pleated sheet structure. Special conclusions for the systems studied: 1. FISH CHORIONS OF D. labrax, S. aurata and D. dentex: ■ They all have a helicoidal architecture ■ They consist of high m.w proteins, which vary between 45 and 120 kDa. ■ These proteins adopt mainly an antiparallel β-pleated sheet conformation, with a contribution from β-turns ■ They show structural and biochemical similarities with the chorion of another teleost, Salmo gairdneri, which has previously been studied in our lab 2. PEPTIDE-ANALOGUES OF PARTS OF SILKMOTH CHORION PROTEINS • cA and B peptides self-assemble under a variety of conditions forming amyloid-like fibrils ■ Two possible models were proposed for the structure of the peptides, which form the amyloid-like fibrils: an antiparallel β-pleated sheet model and a left- handed parallel β-helix model. These may be used as possible models in other cases of amyloids ■ The similarity of these amyloid-like fibrils with chorion fibers, the fact that they spontaneously self-assemble under a great variety of conditions, and biophysical data collected previously for silkmoth chorion structure, suggest that chorion is a natural protective amyloid which ‘shields’ the oocyte and the developing embryo from a wide range of environmental hazards. This is in contrast to the amyloids, which, generally, play a ‘destructive’ role ■ The studies of the structure and properties of the amyloid-like fibrils formed from peptide analogues of silkmoth chorion proteins, open novel routes for the formation of novel biocompatible polymeric structures, with potentially new biomedical and industrial applications (biomaterials) ■ Properly designed ‘mutant’ peptide synthesis may allow the study of basic mechanisms of protein folding and assembly, in a systematic way 3. INSECT CUTICLE: ■ Protein alignment and secondary structure prediction methods indicated the existence of extended ‘conservative’ structural units in the cuticular protein structure, where the β-pleated sheet conformation predominates ■ Experimental evidence from ATR FT-IR, FT-Raman and CD spectroscopy provides strong support to secondary structure predictions. This has been achieved universally, for the very first time, for the structure of cuticle proteins ■ Experimentally and theoretically, it has been observed that, there are subtle structural differences between ‘hard’ and ‘soft’ cuticular proteins, which may be associated with their physiological role ■ The study of protein-chitin interactions for the formation of cuticle structure is a matter of future work.

Διάφορες εξωκυττάριες ινώδεις δομές έχουν ελικοειδή αρχιτεκτονική. Τέτοιες δομές υπάρχουν στο κέλυφος (χόριο) αυγών εντόμων και ιχθύων (πρωτεϊνικές ίνες μέσα σε πρωτεϊνική μήτρα), στο δερμάτιο των αρθροπόδων (πολυσακχαριτικές ίνες μέσα σε πρωτεϊνική μήτρα), στο κυτταρικό τοίχωμα των φυτών (πολυσακχαριτικές ίνες μέσα σε πολυσακχαριτική μήτρα) κ.α. Η ευρεία διάδοση της ελικοειδούς αρχιτεκτονικής, καθώς και η συσχέτισή της με τη μηχανική αντοχή και τη θερμική μόνωση που προσφέρει, είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα. Στα πλαίσια της αναζήτησης ενός κοινού ‘μοριακού παρονομαστή’, ο οποίος, πιθανόν, υπαγορεύει έναν ομοιόμορφο τρόπο πρωτεϊνικής αναδίπλωσης και αυτοσυγκράτησης, για τη δημιουργία δομών με ελικοειδή αρχιτεκτονική, μελετήθηκαν τρία συστήματα: των πεπτιδίων-αναλόγων τμημάτων των πρωτεϊνών του χορίου των μεταξοσκωλήκων, του κελύφους (χορίου) των αυγών των ιχθύων και του δερματίου των εντόμων. Το κέλυφος (χόριο) των αυγών των μεταξοσκωλήκων χρησιμοποιείται, για μια εικοσαετία και πλέον, ως πρότυπο σύστημα μελέτης αναδίπλωσης και αυτοσυγκράτησης δομικών πρωτεϊνών, για τη δημιουργία πολύπλοκων, φυσιολογικά σημαντικών, βιολογικών δομών. Προκειμένου να καθοριστούν οι αρχές που διέπουν τη μοριακή αρχιτεκτονική του κελύφους των ωοθυλακίων των μεταξοσκωλήκων και τον τρόπο δημιουργίας του, και να συσχετιστεί η δομή του κελύφους με τις σπουδαίες φυσιολογικές λειτουργίες που επιτελεί, μελετήθηκαν οι ιδιότητες της δομής και οι μηχανισμοί αυτοσυγκρότησης δύο συνθετικών πεπτιδίων-αναλόγων της κεντρικής συντηρητικής περιοχής (ολόκληρης ή τμήματος) των πρωτεϊνών του χορίου των μεταξοσκωλήκων: ένα πεπτίδιο, 51-αμινοξικών καταλοίπων, ανάλογο ολόκληρης της κεντρικής περιοχής των πρωτεϊνών της A οικογένειας (cA-πεπτίδιο) και ένα πεπτίδιο 18-αμινοξικών καταλοίπων, ανάλογο τμήματος της κεντρικής περιοχής των πρωτεϊνών της Β οικογένειας, του χορίου των μεταξοσκωλήκων (Β-πεπτίδιο). Τα πεπτίδια-ανάλογα μελετήθηκαν τόσο σε στερεά κατάσταση, όσο και σε διαλύματα, υποθέτοντας ότι αυτή η ανάλυση θα μπορούσε να αποκαλύψει πρότυπα αναδίπλωσης και πακεταρίσματος, σημαντικά στην δομή και αυτοσυγκρότηση των πρωτεϊνών του χορίου. Στα πλαίσια αυτής της διδακτορικής διατριβής δείχτηκε, ότι τα πεπτίδια αυτά αυτοσυγκροτούνται σε ποικίλες συνθήκες και δημιουργούν πηκτώματα, τα συστατικά των οποίων είναι ινίδια ανάλογα με τα ινίδια των αμυλοειδών. Είναι, δηλαδή, ινίδια (στη συγκεκριμένη περίπτωση διπλές έλικες) απροσδιόριστου μήκους, με πάχος 100 Å (τα πρωτοϊνίδια έχουν πάχος 30-40 Å), που δεσμεύουν τη χρωστική Congo red, δίνοντας τη χαρακτηριστική κιτρινοπράσινη διπλοθλαστικότητα (με διασταυρωμένο πολωτή και αναλύτη) σε πολωτικό μικροσκόπιο, και δίνουν περιθλασίγραμμα ακτίνων-Χ χαρακτηριστικό ‘cross-β’ δομής. Επίσης, με χρήση φασματοσκοπιών υπερερύθρου (ATR FT-IR), FT-Raman και κυκλικού διχρωισμού (CD), υπάρχουν σαφείς ενδείξεις ότι τα πεπτίδια, που απαρτίζουν τα ινίδια, αποκτούν δευτεροταγή δομή β-πτυχωτών επιφανειών. Ως πιθανές δομές προτείναμε τη δομή των αντιπαράλληλων β-πτυχωτών επιφανειών ή τη δομή των αριστερόστροφων β-ελίκων, με πιθανότερη την πρώτη. Τα πεπτίδια cA και Β αντιστοιχούν στο ~40% της συνολικής μάζας του χορίου, άρα είναι αντιπροσωπευτικά μεγάλου τμήματος της δομής των πρωτεϊνών του χορίου. Το γεγονός ότι οι μηχανισμοί αυτοσυγκρότησής τους δημιουργούν αμυλοειδή ινίδια κάτω από μια μεγάλη και διαφορετική ποικιλία συνθηκών, υποδεικνύει ότι, κατά πάσα πιθανότητα, διπλώνουν με αμυλοειδή τρόπο και στη φυσιολογική κατάσταση (in vivo). Ενδείξεις, ενισχυτικές αυτής της υπόθεσης, αποτελούν προηγούμενες μελέτες που έχουν γίνει στο χόριο του μεταξοσκώληκα, σύμφωνα με τις οποίες, στρώματα ινιδίων, με τις ίδιες διαστάσεις (70-100 Å) περίπου με τα ινίδια του πεπτιδίου cA, συνιστούν την ελικοειδή αρχιτεκτονική του. Επίσης, έχει δειχτεί ότι, τα ινίδια του χορίου του μεταξοσκώληκα αποτελούνται από πρωτοϊνίδια 30-40 Å με δομή έλικας, ενώ η in vivo κυρίαρχη μοριακή στερεοδιάταξη των πρωτεϊνών του χορίου είναι οι αντιπαράλληλες β-πτυχωτές επιφάνειες. Συνεπώς, στα ‘αμυλοειδή’ των πρωτεϊνών του χορίου, η αμυλοειδογενής στερεοδιάταξη είναι φανερά η φυσική στερεοδιάταξη. Σύμφωνα με τα όσα γνωρίζουμε μέχρι σήμερα, αυτή είναι η πρώτη καλά τεκμηριωμένη περίπτωση, όπου αμυλοειδή ινίδια σχηματίζονται από πεπτίδια, τα οποία έχουν ακολουθία που διπλώνει τόσο καθαρά σε αντιπαράλληλες β- πτυχωτές επιφάνειες τύπου ‘cross-β’. Η φύση, μετά από εκατομμύρια χρόνια μοριακής εξέλιξης, σχεδίασε αυτά τα αμυλοειδή πεπτίδια του χορίου, για να παίξουν ένα σημαντικό λειτουργικό ρόλο: να προστατεύουν το ωοκύτταρο και το αναπτυσσόμενο έμβρυο από ένα ευρύ φάσμα περιβαλλοντικών κινδύνων. Πιστεύουμε ότι οι πρωτεΐνες του χορίου και τα πεπτίδια-ανάλογα παρέχουν ένα σύστημα-μοντέλο για τη μελέτη του σχηματισμού των αμυλοειδών. Επίσης, από τα αποτελέσματα αυτών των μελετών ανοίγονται νέοι δρόμοι, τόσο στην εύρεση του τρόπου με τον οποίο το, ελικοειδούς αρχιτεκτονικής, βιολογικό ανάλογο χοληστερικών υγρών κρυστάλλων, χόριο "χτίζεται" από τις συνιστώσες του πρωτεΐνες, όσο και στην ανακάλυψη νέων οδών, που αφορούν τη σύνθεση καινούριων βιοσυμβατών πολυμερών, με σημαντικές ιδιότητες και ίσως νέες βιοϊατρικές και βιομηχανικές εφαρμογές. Το γεγονός, ότι η ελασματοειδής υπερμοριακή δομή κυριαρχεί εκτός από τα χόρια των λεπιδοπτέρων και σε διάφορα χόρια αυγών ιχθύων (π.χ. πέστροφα), μας ώθησε να επεκτείνουμε τις μελέτες μας στο κέλυφος (χόριο) τριών τελεόστεων ιχθύων: στο λαβράκι (Dicentrarchus labrax), στην τσιπούρα (Sparus aurata) και στη συναγρίδα (Dentex dentex). Μελέτες με ΗΜΣ έδειξαν ότι το χόριο των αυγών και των τριών τελεόστεων ιχθύων συνίσταται από ένα μικρό αριθμό ελασμάτων (~9-12), γεγονός που υποδεικνύει, παρ’ όλο που δεν το αποδεικνύει, ελικοειδή αρχιτεκτονική. Βιοχημική ανάλυση των πρωτεϊνών του χορίου ώριμων ωοθυλακίων των προαναφερθέντων ιχθύων με ηλεκτροφόρηση πηκτώματος πολυακρυλαμίδης χώρισε τις πρωτεΐνες της τσιπούρας σε τρεις και της συναγρίδας και του λαβρακιού σε τέσσερις οικογένειες: των 45, 50 και 75 kDa και των 45, 50, 89 και 120 kDa, αντίστοιχα. Οι φασματοσκοπίες υπερερύθρου (ATR FT-IR) και FT-Raman, που χρησιμοποιήθηκαν σε δείγματα χορίων αυγών των τριών ιχθύων, έδωσαν μέγιστα αμιδικών ταινιών I, II και III, χαρακτηριστικά δομής β-πτυχωτών επιφανειών. Τα αποτελέσματα αυτά ενισχύθηκαν και από το χαρακτηριστικό β-πτυχωτών επιφανειών περιθλασίγραμμα ακτίνων-Χ, που συλλέχθηκε από τα ίδια χόρια, ενώ προσπάθειες ποσοτικοποίησης της δευτεροταγούς δομής των πρωτεϊνών τους, έδωσαν υψηλά ποσοστά δομής β-πτυχωτών επιφανειών, με μικρότερα β-στροφών. Βέβαια, παρά τα παραπάνω δεδομένα ο σχηματισμός αυτών των χορίων, ως μια αυθόρμητη διαδικασία, δεν έχει ακόμα κατανοηθεί. Για να κατανοήσουμε πώς αυτές οι β-δομές αλληλεπιδρούν για να σχηματίσουν μια τρισδιάστατη ελικοειδή αρχιτεκτονική, απαιτείται γνώση της αλληλουχίας των πρωτεϊνών του χορίου των ιχθύων. Δυστυχώς, μέχρι σήμερα, οι αλληλουχίες των πρωτεϊνών του χορίου των ιχθύων δεν είναι γνωστές. Παρόμοιες μελέτες έγιναν και στο σύστημα του δερματίου (ή εφυμενίδας), το οποίο αποτελεί το μεγαλύτερο και σημαντικότερο τμήμα του εξωσκελετού ή καλυπτήριου συστήματος των εντόμων και των άλλων αρθροπόδων (καρκινοειδών, αραχνίδων κ.λπ.). Το δερμάτιο διακρίνεται γενικά σε 'σκληρό' (άκαμπτο) και 'μαλακό' (ελαστικό). Το ενδιαφέρον για τις πρωτεΐνες του δερματίου έχει αυξηθεί τα τελευταία χρόνια, με αποτέλεσμα η πρωτοταγής δομή διαφόρων πρωτεϊνών του, που αντιπροσωπεύουν διαφορετικά αναπτυξιακά στάδια, όπως και διαφορετικά είδη από τα οποία προέρχονται, να είναι πλέον γνωστή. Περισσότερες από 100 ακολουθίες πρωτεϊνών του δερματίου (εξωδερματίου/ενδοδερματίου) είναι σήμερα διαθέσιμες, σύγκριση των οποίων έδειξε ομοιότητες μεταξύ τους. Μοιράζονται ένα κοινό πρότυπο, όμοιο με αυτό που είχε αναγνωριστεί, από τους Rebers & Riddiford (1988), σε 7 πρωτεΐνες, τη γνωστή ακολουθία συναίνεσης’ R&R: G-x(8)-G-x(6)-Y-x-A-x-E-x-G-Y-x(7)-P-x(2)-P Για κάθε μια από τις 100 πρωτεΐνες έγινε μεμονωμένη πρόβλεψη της δευτεροταγούς δομής, με το συνδυαστικό πακέτο πρόβλεψης δευτεροταγούς δομής SecStr που αναπτύχθηκε από τον Καθ. Σ. Χαμόδρακα, και κατασκευάστηκαν τα συνδυαστικά τους ιστογράμματα, ο μέσος όρος των οποίων προέβλεψε 4 β-κλώνους που εναλλάσσονται με β-στροφές/βρόχους για τις πρωτεΐνες του ‘σκληρού’ και 3 β-κλώνους που εναλλάσσονται με β-στροφές/βρόχους για τις πρωτεΐνες του ‘μαλακού’ δερματίου. Προκειμένου να επιβεβαιωθούν τα θεωρητικά αποτελέσματα της πρόβλεψης δευτεροταγούς δομής των πρωτεϊνών του δερματίου, έγιναν πειραματικές μελέτες σε δείγματα δερματίου του λεπιδοπτέρου Η. cecropia, με φασματοσκοπία υπερερύθρου και φασματοσκοπία FT-Raman. Για τις πρωτεΐνες του ‘μαλακού’ δερματίου, τα φάσματα και των δύο φασματοσκοπιών ταλάντωσης υπέδειξαν τις β-πτυχωτές επιφάνειες ως την επικρατούσα δευτεροταγή δομή τους, ενώ για τις πρωτεΐνες του ‘σκληρού’ δερματίου, το τοπίο δεν είναι ακόμα καλά ξεκαθαρισμένο. Ενισχυτικά αποτελέσματα, για το ίδιο συμπέρασμα, έδωσε και η φασματοσκοπία κυκλικού διχρωισμού. Άρα, τα ευρήματα και στο δερμάτιο, ενισχύουν την άποψη ότι η /3-πτυχωτή επιφάνεια υπαγορεύει το σχηματισμό όχι μόνο του ελικοειδούς χορίου, αλλά και του ελικοειδούς δερματίου. Συνεπώς, το συμπέρασμα από τη μελέτη και των τριών συστημάτων είναι ότι: ο κοινός ‘μοριακός παρονομαστής’ που υπαγορεύει τη δημιουργία της ελικοειδούς αρχιτεκτονικής είναι η δομή των β-πτυχωτών επιφανειών των πρωτεϊνικών τους συνιστωσών. Ειδικότερα συμπεράσματα για κάθε σύστημα χωριστά: 1. ΣΤΟ ΧΟΡΙΟ ΤΩΝ ΤΕΛΕΟΣΤΕΩΝ ΙΧΟΥΩΝ D. labrax, S. aurata και D. dentex: ■ έχει ελικοειδή αρχιτεκτονική ■ συνίσταται από πρωτεΐνες μεγάλου MB, που κυμαίνονται μεταξύ 45 και 120 kDa ■ οι πρωτεΐνες αυτές υιοθετούν, κυρίως, στερεοδιάταξη αντιπαράλληλων β-πτυχωτών επιφανειών, με ισχυρή συνεισφορά από β-στροφές ■ παρουσιάζει ομοιότητες στη δομή και τη βιοχημική σύσταση με το χόριο ενός άλλου τελέοστεου ιχθύος, της πέστροφας Salmo gairdneri, που μελετήθηκε στο εργαστήριό μας 2. ΣΤΑ ΠΕΠΤΙΔΙΑ-ΑΝΑΛΟΓA ΤΜΗΜΑΤΩΝ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΤΟΥ ΧΟΡΙΟΥ ΤΩΝ ΜΕΤΑΞΟΣΚΩΛΗΚΩΝ: ■ Τα πεπτίδια cA και Β αυτοσυγκροτούνται σε ποικιλία συνθηκών σε ινίδια, ανάλογα με τα ινίδια των αμυλοειδών ■ Προτάθηκαν μοντέλα για τη δομή των πεπτιδίων που αποτελούν τα αμυλοειδή ινίδια, που πιθανόν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μοντέλα σε άλλες περιπτώσεις αμυλοειδώσεων ■ Η ομοιότητες στη δομή των ινιδίων αυτών με τα ινίδια του χορίου και βιοφυσικά δεδομένα, που έχουν ήδη συλλεγεί για τη δομή του χορίου των μεταξοσκωλήκων, εισηγούνται ότι το χόριο είναι ένα φυσικό προστατευτικό αμυλοειδές, που ‘θωρακίζει το ωοκύτταρο και το αναπτυσσόμενο έμβρυο από τις επιδράσεις του περιβάλλοντος, σε αντίθεση με τα αμυλοειδή που έχουν συνήθως ‘καταστρεπτικό’ ρόλο ■ Οι μελέτες των ιδιοτήτων και της δομής των αμυλοειδών ινιδίων των πεπτιδίων-αναλόγων των πρωτεϊνών του χορίου ανοίγουν νέους δρόμους για τη σύνθεση βιοσυμβατών πολυμερών με δυνητικές βιοϊατρικές και βιομηχανικές εφαρμογές ■ Η σύνθεση κατάλληλα σχεδιασμένων ‘μεταλλαγμένων’ πεπτιδίων μπορεί να επιτρέψει τη μελέτη βασικών μηχανισμών πρωτεϊνικής αναδίπλωσης (protein folding) και αυτοσυγκρότησης, με συστηματικό τρόπο 3. ΣΤΟ ΔΕΡΜΑΤΙΟ ΤΩΝ ΕΝΤΟΜΩΝ: ■ Στοίχιση των πρωτεϊνών του δερματίου και προγνώσεις δευτεροταγούς δομής υπέδειξαν την ύπαρξη εκτεταμένων ‘συντηρητικών’ δομικών στοιχείων στις δομές των πρωτεϊνών του δερματίου, στις οποίες κυριαρχεί η δομή των β-πτυχωτών επιφανειών ■ Οι προγνώσεις επαληθεύτηκαν με πειραματικές μεθόδους (φασματοσκοπία ATR FT-IR και FT-Raman) και είναι η πρώτη φορά που κάτι τέτοιο έγινε εφικτό διεθνώς ■ Επιπλέον, είναι φανερές, και πειραματικά και προγνωστικά, οι διαφορές μεταξύ πρωτεϊνών ‘μαλακών’ και ‘σκληρών’ δερματίων, που πιθανότατα σχετίζεται με τον φυσιολογικό τους ρόλο ■ Η αλληλεπίδραση των πρωτεϊνών με τη χιτίνη, για τη δημιουργία της δομής του δερματίου, είναι θέμα για μελλοντικές μελέτες.