Integrative structural biology of protein fibers: Spider silk and beta-lactoglobulin nanofibrils
Tid: Må 2023-12-11 kl 13.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/64501140620
Språk: Engelska
Ämnesområde: Bioteknologi
Respondent: Danilo Hirabae De Oliveira , Proteinteknologi, Albanova VinnExcellence Center for Protein Technology, ProNova, My Hedhammar Lab & Christofer Lendel Lab
Opponent: Associate Professor Martin Humenik, University of Bayreuth
Handledare: Professor My Hedhammar, Centrum för Bioprocessteknik, CBioPT, Proteinteknologi, Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Albanova VinnExcellence Center for Protein Technology, ProNova; Universitetslektor Christofer Lendel, Tillämpad fysikalisk kemi
QC 20231115
Abstract
Proteiner som finns i naturen möjliggör ett brett utbud av exceptionella material, inklusivehögpresterande biopolymerer som spindelsilke och nanofibriller av vassleprotein. Fibrösaproteiner har en enorm potential för att utveckla nya material lämpliga för olika tillämpningar,såsom medicinska biomaterial eller industriella produkter. Denna avhandling använder entvärvetenskaplig ansats baserad på experimentella och beräkningsmetoder för att presenterainsikter om de grundläggande aspekterna av proteinfibrer, utforska detaljer på molekylär nivå ochderas förmåga att gå samman till material.Spindelsilke uppvisar styrka, elasticitet och förmåga att motstå höga energibelastningar. Dessutomär det naturligt nedbrytbart, kompatibelt med celltillväxt, och icke-immunogent. Denna avhandlingundersöker den molekylära sammansättningen av spindelsilke, särskilt sekundärstrukturen, vilketi hög grad bidrar till dess egenskaper. Vi undersöker de strukturella detaljerna för de rekombinantaspidroinerna 4RepCT och CT-domänen över hydrofoba/hydrofila ytor, och beskriva derasperiodiskt orienterade makrostruktur och stabilitet. Dessutom rapporteras det att CT-domänenbildar β-nanokristallina komponenter, vilket avslöjar ett specifikt segment (helix No4) som kanbilda nanofibriller på ett pH-beroende sätt. Vi beskriver också en metod för sortas-medieradtranspeptideringsreaktion som används för att katalysera den kovalenta kopplingen av spidroinerna4Rep och CT, vilket resulterar i delvis isotopmärkta fibrer som är lämpliga för anlys med fastfasNMR-spektroskopi.β-laktoglobulin är en proteinkälla av ökande intresse för att skapa avancerade biomaterial på grundav dess goda tillgänglighet och förmåga att bilda protein-nanofibriller (PNF). Rekombinanta ochsyntetiskta β-laktoglobulin-PNF med isotopinmärkning genereras och analyseras med hjälp av fastfas NMR-spektroskopi och atomkraftsmikroskopi. Fibrillerna hos båda varianterna uppvisaröverensstämmelse med avseende på morfologi med ogrenad konformation och en höjd av cirka 6nm. Samtidigt visar deras NMR-spektra överensstämmelse med deras hydrofoba aminosyrarester(dvs. Ala, Val, Ile och Leu) som beta flak. Dessutom ger distinkta korstoppar med Ser-Thr ochLeu-Ile insikter i den molekylära strukturen av β-laktoglobulin PNF.Denna avhandling presenterar ny kunskap om hierarkin av proteinfibriller och strukturen hosproteinbaserade material på molekylär nivå. Denna kunskap kan underlätta design och utvecklingav innovativa proteinbaserade material för olika tillämpningar.