Self-assembled peptides gain increasing interest as biocompatible and biodegradable scaffolds for tissue engineering. Rationally designed self-assembling building blocks that carry cell adhesion motifs such as Arg-Gly−Asp (RGD) are especially attractive. We have used a combination of theoretical and experimental approaches toward such rational designs, especially focusing on modular designs that consist of a central ultrashort amphiphilic motif derived from the adenovirus fiber shaft. In this study, we rationally designed RGDSGAITIGC, a bifunctional self-assembling amyloid peptide which encompasses cell adhesion and potential cysteine-mediated functionalization properties through the incorporation of an RGD sequence motif and a cysteine residue at the N-and C-terminal end, respectively. We performed replica exchange MD simulations that suggested that the key factor determining cell adhesion is the total solvent accessibility of the RGD motif and also that the Cterminal cysteine is adequately exposed. The designer peptides self-assembled into fibers that are structurally characterized with Transmission Electron Microscopy, Scanning Electron Microscopy and X-ray fiber diffraction. Furthermore, they supported cell adhesion and proliferation of a model cell line. We consider that the current bifunctional properties of the RGDSGAITIGC fibrilforming peptide can be exploited to fabricate novel biomaterials with promising biomedical applications. Such short selfassembling peptides that are amenable to computational design offer open-ended possibilities toward multifunctional tissue engineering scaffolds of the future.
Engagement of the sarcoplasmic reticulum (SR) Ca2+ stores for excitation–contraction (EC)-coupling is a fundamental feature of cardiac muscle cells. Extracellular matrix (ECM) proteins that form the extracellular scaffolding supporting cardiac contractile activity are thought to play an integral role in the modulation of EC-coupling. At baseline, human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) show poor utilisation of SR Ca2+ stores, leading to inefficient EC-coupling, like developing or human CMs in cardiac diseases such as heart failure. We hypothesised that integrin ligand–receptor interactions between ECM proteins and CMs recruit the SR to Ca2+ cycling during EC-coupling. hiPSC-CM monolayers were cultured on fibronectin-coated glass before 24 h treatment with fibril-forming peptides containing the integrin-binding tripeptide sequence arginine–glycine–aspartic acid (2 mM). Micropipette application of 40 mM caffeine in standard or Na+/Ca2+-free Tyrode’s solutions was used to assess the Ca2+ removal mechanisms. Microelectrode recordings were conducted to analyse action potentials in current-clamp. Confocal images of labelled hiPSC-CMs were analysed to investigate hiPSC-CM morphology and ultrastructural arrangements in Ca2+ release units. This study demonstrates that peptides containing the integrin-binding sequence arginine–glycine–aspartic acid (1) abbreviate hiPSC-CM Ca2+ transient and action potential duration, (2) increase co-localisation between L-type Ca2+ channels and ryanodine receptors involved in EC-coupling, and (3) increase the rate of SR-mediated Ca2+ cycling. We conclude that integrin-binding peptides induce recruitment of the SR for Ca2+ cycling in EC-coupling through functional and structural improvements and demonstrate the importance of the ECM in modulating cardiomyocyte function in physiology.
Τα πρωτεϊνικά ικριώματα τα οποία σχηματίζονται από αυτοοργανωμένα πεπτίδια μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εναλλακτικά των πρωτεϊνών της εξωκυττάριας μήτρας (ECM) και θα μπορούσαν να βρουν εφαρμογή στην αναγεννητική ιατρική. Στο πρώτο κεφάλαιο της παρούσας διατριβής ένα πεπτίδιο που περιέχει την αμυλοειδή αλληλουχία NSGAITIG η οποία έχει ανακτηθεί από το μίσχο της πρωτεΐνης, ίνας του αδενοϊού ανασχεδιάστηκε για την κατασκευή τρισδιάστατων (3D) ικριωμάτων ανθρώπινου ιστού και μοντέλων κυτταρικής καλλιέργειας in vitro. Εν συνεχεία αυτή η ακολουθία μελετήθηκε έτσι ώστε να διαμορφωθεί ένα εντεκαπεπτίδιο το οποίο περιέχει το μοτίβο RGD στο αμινοτελικό άκρο και ένα κομβικό αμινοξύ όπως η κυστεΐνη στο καρβοξυτελικό άκρο, έτσι ώστε να σχηματιστεί η αλληλουχία RGDSGAITIGC ως τελικό προϊόν. Το αμυλοειδές αυτό πεπτίδιο μπορεί να παίξει έναν πολλά υποσχόμενο διλειτουργικό ρόλο ως βιολογικό ικρίωμα καθώς επάγει την κυτταρική προσκόλληση και λόγω του αμινοξέα της κυστεΐνης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ενδιάμεσος προσδέτης βιομορίων. Εναλλακτικά, στο δεύτερο κεφάλαιο, φωτοευαίσθητα κατάλοιπα όπως η τυροσίνη ή η τρυπτοφάνη σχεδιάστηκαν για να εισαχθούν στο καρβοξυτελικό άκρο ώστε να δώσουν τις αλληλουχίες RGDSGAITIGY και RGDSGAITIGW. Αυτά τα κατάλοιπα μπορούν να πυροδοτήσουν ένα φαινόμενο πολυφωτονικού πολυμερισμού (MPP/MPA) μέσω της χρήσης της τεχνικής της Direct Laser Writing (DLW) με απώτερο στόχο την εφαρμογή σε υψηλά ανταποκρινόμενες βιολογικές θεραπείες, όπως η αναγέννηση του μυοκαρδίου. Εν συνεχεία, στο τρίτο κεφάλαιο, τα πεπτιδικά παράγωγα τα οποία χαρακτηρίστηκαν προηγουμένως, μελετήθηκαν ως υποστρώματα στη θεραπεία βλαστοκυττάρων. Επιπλέον τροποποιημένα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα μελετήθηκαν για κυτταρική προσκόλληση και πολλαπλασιασμό. Επιπροσθέτως, η μελέτη των ρεολογικών ιδιοτήτων όλων των υποστρωμάτων και η περαιτέρω αξιολόγηση της λειτουργικής έγχυσης μελετήθηκε με σκοπό την προοπτική θεραπευτικής χρησιμοποίησής τους in situ.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.