Thermotropic liquid crystals from engineered polypeptides Pesce, Diego

Vergelijkbare documenten
Chapter 7 Samenvatting

Van 'gastarbeider' tot 'Nederlander' Prins, Karin Simone

Improving the properties of polymer blends by reactive compounding van der Wal, Douwe Jurjen

De betrouwbaarheid van kleinschalige methoden voor waterzuivering Kaaij, Rachel van der

University of Groningen. Up2U Harder, Annemiek T.; Eenshuistra, Annika

Citation for published version (APA): Mazzola, P. (2016). Phenylketonuria: From body to brain [Groningen]: Rijksuniversiteit Groningen

Laat maar zitten Janssen, Janine Hubertina Lambertha Joseph

University of Groningen. De afkoelingsperiode in faillissement Aa, Maria Josepha van der

Zorgen rondom IVF Boekaar, J.; Riemersma, M.

Citation for published version (APA): Veeze, P. (1968). Rationale and methods of early detection in lung cancer. [S.n.].

Molecular aspects of HNPCC and identification of mutation carriers Niessen, Renee

Multiple sclerose Zwanikken, Cornelis Petrus

Mensen met een verstandelijke handicap en sexueel misbruik Kooij, D.G.

Neuroanatomical changes in patients with loss of visual function Prins, Doety

University of Groningen

Quantitative STIR MRI as prognostic imaging biomarker for nerve regeneration Viddeleer, Alain

Procesevaluatie van het Navigator project Jager, John Mike

Schoolsucces van Friese leerlingen in het voortgezet onderwijs de Boer, Hester

Electric double layer interactions in bacterial adhesion and detachment Poortinga, Albert Thijs

Bouwen op een gemeenschappelijk verleden aan een succesvolle toekomst Welling, Derk Theodoor

Een model voor personeelsbesturing van Donk, Dirk

University of Groningen

University of Groningen

On the mechanism of prokaryotic glutamate transporter homologues Groeneveld, Maarten

Draagvlak migratiebeleid Postmes, Thomas; Gordijn, Ernestine; Kuppens, T.; Gootjes, Frank; Albada, Katja

University of Groningen. Zorgvermijding en zorgverlamming Schout, Hendrik Gerrit

Citation for published version (APA): Verbakel, N. J. (2007). Het Chronische Vermoeidheidssyndroom, Fibromyalgie & Reuma.

Dynamics of inner ear pressure change with emphasis on the cochlear aqueduct Laurens-Thalen, Elisabeth Othilde

Improving metabolic control in NIDDM patients referred for insulin therapy Goddijn, Patricia Petra Maria

University of Groningen. Hulp op maat voor leerlingen met leerproblemen in het vmbo Mombarg, Remo

University of Groningen. Eerste Hulp vaker ter plaatse Verhage, Vera

Multiple sclerose Zwanikken, Cornelis Petrus

Interactie als gereedschap Koole, Tom

The role of camp-dependent protein kinase A in bile canalicular plasma membrane biogenesis in hepatocytes Wojtal, Kacper Andrze

University of Groningen. Inferior or superior Carmona Rodriguez, Carmen

University of Groningen. De besmettelijkheid van de ftisis Groenhuis, Dirk Johan Jacob

Intrapersonal factors, social context and health-related behavior in adolescence Veselska, Zuzana

Uw mening over gaswinning uit het Groningen-gasveld: Onderzoeksresultaten fase 2 Hoekstra, Elisabeth; Perlaviciute, Goda; Steg, Emmalina

Citation for published version (APA): Weide, M. G. (1995). Effectief basisonderwijs voor allochtone leerlingen Groningen: s.n.

Oxidative dehydrogenation of ethylbenzene under industrially relevant conditions Zarubina, Valeriya

University of Groningen. Electron Holography of Nanoparticles Keimpema, Koenraad

The diversity puzzle Mäs, Michael

The development of stable influenza vaccine powder formulations for new needle-free dosage forms Amorij, Jean-Pierre

University of Groningen

Understanding the role of health literacy in self-management and health behaviors among older adults Geboers, Bas

Citation for published version (APA): Hoekstra, H. J. (1982). Fractures of the proximal femur in children and adolescents [S.n.]

Citation for published version (APA): Scheepstra, A. J. M. (1998). Leerlingen met Downs syndroom in de basisschool Groningen: s.n.

Citation for published version (APA): Roodenburg, J. L. N. (1985). CO2-laserchirurgie van leukoplakie van het mondslijmvlies. [S.l.]: [S.n.].

Citation for published version (APA): Tijdschrift voor Genderstudies (2018). Jaarrekening Stichting Tijdschrift voor Vrouwenstudies.

Hypothalamus, pituitary and thyroid. The control system of thyroid hormone production. Sluiter, Wim J.

University of Groningen. Photochromic molecular switches Robertus, Jort

Citation for published version (APA): Ambrosio de Castro, A. H. (2006). Atmospheric NH3 deposition, S and N metabolism in curly kale s.n.

Expression and functional characterization of membrane proteins Gul, Nadia

University of Groningen. Stormy clouds in seventh heaven Meijer, Judith Linda

University of Groningen. Embryogenesis and neogenesis of the endocrine pancreas Gangaram-Panday, Shanti Tireshma

The importance of tactical skills in talent development Kannekens, Rianne

University of Groningen. Quantitative CT myocardial perfusion Pelgrim, Gert

Sphingolipids, rafts and multidrug resistance Hinrichs, Joann Wilhelm Jakob

University of Groningen. Resultaat van pleegzorgplaatsingen Oijen, Simon van

University of Groningen. Vrije en reguliere scholen vergeleken Steenbergen, Hilligje

Citation for published version (APA): Oldenziel, W. H. (2006). Application of a glutamate microsensor to brain tissue. s.n.

University of Groningen. BNP and NT-proBNP in heart failure Hogenhuis, Jochem

Effective monitoring and control with intelligent products Meyer, Gerben Gerald

Today's talented youth field hockey players, the stars of tomorrow? Gemser, Marije

Cryosurgery in cervical intraepithelial neoplasia. A morphometric study Boonstra, Hendrik

Uw mening over gaswinning uit het Groningen-gasveld: Onderzoeksresultaten fase 1 Hoekstra, Elisabeth; Perlaviciute, Goda; Steg, Emmalina

Understanding the role of health literacy in self-management and health behaviors among older adults Geboers, Bas

Man of vrouw? Een onderzoek naar sekseverschillen in reacties op chronische aandoeningen Roeke, M.

The ecological success of Burkholderia terrae BS001 and related strains in the mycosphere Nazir, Rashid

Citation for published version (APA): Fodran, P. (2015). Stereoselective synthesis of glycerol-based lipids [S.l.]: [S.n.]

University of Groningen

Helping infants and toddlers in Foster family care van Andel, Hans

Citation for published version (APA): Hendriks, H. G. D. (2004). Transfusion requirements in orthotopic liver transplantation Groningen: s.n.

The application of molecular dynamics simulation techniques and free energy Pieffet, Gilles

University of Groningen. Living with Rheumatoid Arthritis Benka, Jozef

Citation for published version (APA): Wagemakers, M. (2015). Angiogenesis and angiopoietins in human gliomas [Groningen]: University of Groningen

University of Groningen. Symptoms of Distress and Imbalance in Children Nijboer, J.M.

The infant motor profile Heineman, Kirsten Roselien

Brain dead donor graft deterioration and attenuation with N-octanoyl dopamine preconditioning Hottenrott, Christina Maximilia Valentina

University of Groningen. The impact of political factors on drivers of economic growth Klomp, Johannes Gerardus

Verbindingskracht & combinatievermogen de Vries ev Delies, Jantina Jantje

University of Groningen. Interfacial action of phospholipase A2 Meulenhoff, Peter

University of Groningen. Pieces of the Puzzle Vissia, Eline Margreta

Cervical cancer, proxies for HPV exposure, screening scare and use of proximal and distal defense behaviors in fear buffering Leckie, Glenn

Lamotrigine in bipolar depression Loos, Marcus Lambertus Maria van der

The etiology of functional somatic symptoms in adolescents Janssens, Karin

University of Groningen. Linear conic programming: genericity and stability Jargalsaikhan, Bolor

Citation for published version (APA): Crane, L. M. A. (2011). Intraoperative fluorescence imaging in cancer Groningen: s.n.

Condition-based maintenance for complex systems Olde Keizer, Minou Catharina Anselma

Citation for published version (APA): Holwerda, A. (2013). Work outcome in young adults with disabilities Groningen: s.n.

Citation for published version (APA): Nibourg, L. M. (2016). Improvements in Cataract Surgery [Groningen]: University of Groningen

Knowledge, chance, and change Kooi, Barteld

University of Groningen. Safe and Sound van den Bosch, Kirsten Anna-Marie

Transcriptome analysis to investigate the link between obesity and its metabolic complications Wolfs, Marcel Guillaume Maria

Citation for published version (APA): Egberink, I. J-A. L. (2010). Applications of item response theory to non-cognitive data Groningen: s.n.

University of Groningen. Paula voor goud Piersma, Theun. Published in: Vogels+

University of Groningen. Structured diabetes care in general practice Fokkens, Sudara Andrea

University of Groningen. The simulation studies of the interplay of peptides with lipids Su, Juanjuan

Opvoeding op school en in het gezin. Onderzoek naar de samenhang tussen opvoeding en de houding van jongeren ten opzichte van sociale grenzen

Citation for published version (APA): van der Ploeg, J. (1997). Instrumental variable estimation and group-asymptotics Groningen: s.n.

Transcriptie:

Thermotropic liquid crystals from engineered polypeptides Pesce, Diego IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below. Document Version Publisher's PDF, also known as Version of record Publication date: 2015 Link to publication in University of Groningen/UMCG research database Citation for published version (APA): Pesce, D. (2015). Thermotropic liquid crystals from engineered polypeptides [Groningen]: University of Groningen Copyright Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Take-down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum. Download date: 18-01-2017

Chapter 7 Samenvatting

Een vloeibaar kristal (Engels: LC of liquid crystal) kan worden gedefinieerd als de fijngevoelige fase van materie en ligt tussen de vloeibare isotrope en de vaste anisotrope staat. Moleculen in de vloeibare kristallijne fase zijn net als kristallen geordend en georiënteerd, maar kunnen bewegen als een vloeistof. De LC fase is karakteriserend voor vele biologische materialen, van DNA tot membranen, en omvatten verschillende mesofasen. De perfecte balans tussen order en vloeibaarheid van de vloeibare kristallijne fasen lijkt een noodzakelijke vereiste te zijn voor het leven. De overgang tussen de mesofasen kan afhankelijk zijn van de temperatuur (thermotrope LC s) of van de concentratie van mesogenen (lyotrope LC s). Lyotropische LC fasen nemen deel in verscheidene biologische processen waar ze voor zelfassemblage zorgen. Verscheidene structurele eiwitten zijn in vivo als LC s en LC elastomeren aangetroffen. Een variëteit van synthetische peptiden en polypeptiden zijn ontworpen, welke in vitro een vloeibare kristallijne houding aannemen onder verschillende condities. Deze zijn behandeld in hoofdstuk 1. In de laatste paar decennia is moleculaire biologie de drijvende kracht in het ontwerp van ongekende materialen en voor nieuwe applicaties van bioengineerde eiwitten. Tot nog toe zijn de meeste onderzoeken naar eiwit LC s gedaan in de aanwezigheid van water of andere organische oplosmiddelen. De mogelijkheid om LC s van eiwitten te realiseren in de afwezigheid van water is ontvankelijk voor een aantal applicaties waarbij het oplosmiddel averechtse werkingen kan hebben, zoals wanneer een hoge of lage temperaturen is vereist of wanneer deze geïncorporeerd worden in elektronische apparaten. De LC s beschreven in hoofdstuk 2 zijn gebaseerd op genetische vervaardigde anionische elastine verwante polypeptiden (Engels: ELPs of Elastin Like Polypeptides), afgeleid van natuurlijk voorkomende elastine eiwitten. ELP s hebben tot nu toe een veelheid aan toepassingen in de biotechnologie, medische biologie en materiaalkunde dankzij hun onafscheidelijk verbonden elastische eigenschappen en het vermogen om hun oplosbaarheid aan te passen als reactie op temperatuur. ELP s worden doorgaans onderzocht in de aanwezigheid van water of in cross-linked hydrogels. Onze op ELP gebaseerde LC s werden gerealiseerd in de afwezigheid van water door elektrostatische complexvorming tussen anionische ELP s en een kationische surfactant met flexibele alkylketens. Deze fabricage resulteerde in de vorming van oplosmiddelvrije thermotrope LC s met een twee-fasen 136

overgang: een smectische en een gegolfde smectische fase (Figuur 1). Wij hebben verder onderzocht of het mogelijk is om functionaliteit toe te kennen aan de mesofasen van de ELP-surfactant door een groen fluorescerend proteïne (GFP) te fuseren met de negatief geladen ELP s (hoofdstuk 3). FIGUUR 1. Voorgestelde structuren van thermotrope vloeibare kristallen (TLCs) gevormd door ELP E72 complexvormige met surfactanten DDAB (E72-DDAB) weergeven schetsen van een: gelamelleerde fase a) de bilaag smectische fase en b) de gemoduleerde smectische (Smmod) fase die wordt waargenomen bij lagere temperatuur en de bijbehorende fase overgangstemperaturen. De gelamelleerde bilaag structuren bestaan uit afwisselend een sublaag van de biomacromoleculen en één vervlochten sublaag van de surfactanten, waarbij de negatief geladen resten van glutamaat E72 elektrostatisch reageren met de kationische kopgroepen van de surfactanten. Wij hebben succesvol anionische ELP-GFP gefuseerde eiwitten geproduceerd en hun vermogen om oplosmiddelvrije LC complexen te vormen geëvalueerd. De vorming van smectische vloeibare kristallijne geordende fasen werd niet beïnvloed door de aanwezigheid van GFP. De activiteit van GFP werd tevens behouden in zowel de gefuseerde eiwitten als in de gelamelleerde mesofasen. Vervolgens hebben we het effect van de lengte van het ELP en de aard van de surfactant op de eigenschappen van het LC complex onderzocht. Hiervoor hebben we GFP-ELP fusie eiwitten met verschillende lengtes van het ELP segment geproduceerd en hiermee complexen gevormd met verschillende surfactanten (Figuur 2). De resultaten toonden hoge thermische stabiliteit (tot aan 200 C) voor de complexen. De lengtes van de ELP s en de alkylketens van de surfactant bleken uiterst belangrijk te zijn voor het afstemmen van de fysische eigenschappen van de LC s. We observeerden dat de korte GFP- ELP s (GFP-E9 en GFP-E18) geen stabiele mesofasen konden vormen, tenzij deze een complex vormden met surfactanten met langere alkylketens. 137

Vloeibare GFP-ELP bij een temperatuur tot -10 C waren reeds behaald en de vloeibare kristal tot isotrope vloeistof-overgang kunnen tussen 55 C en 120 C afgestemd worden door de juiste surfactant te kiezen. FIGUUR 2. OPLOSMIDDELVRIJ GFP-ELP-OPPERVLAKTE VLOEIBARE KRISTALLEN. a) Green(groen) fluorescent (fluorescerend) protein (eiwit) (GFP) gefuseerd aan geladen elastine-achtige polypeptiden (ELP, (VPGEG) n) met negatieve lading fluctuerend 9-144 (GFP-E9, E18-GFP GFP-E36, E72-GFP en GFP E144). b) Voorgestelde gelamelleerde dubbellaag van de vloeibaar kristallijne fase. De bilaag structuur is gemaakt van een deellaag van ELPS en één sublaag van vervlochten surfactanten (oppervlakte-actieve stoffen), waarbij de negatief geladen groepen van glutamaat ELP elektrostatische reageren met de positief geladen surfactant. GFP residuen worden willekeurig doordrongen en begraven in de gelamelleerde structuren. Vervolgens hebben wij de elastische eigenschappen (hoofdstuk 4) van de watervrije complexen getest. Tot dusver zijn ELP s onderzocht in waterige oplossingen, of in cross-linked hydrogels waarin ze worden opgezwollen met water. Ook heeft het lastig gebleven om de mechanische eigenschappen van natuurlijke elastine te reproduceren met de genetisch gemanipuleerde ELP s. Met gebruik van schuif reometrie hebben wij hoge elastische waarden voor de smectische vloeistof kristallijne materialen waargenomen, welke gerealiseerd 138

waren door de zelfassemblage van ELP s en surfactanten. De elastische moduli van deze complexen zijn groter in vergelijking met die van reeds gepubliceerde smectische vloeistof kristallen, en kunnen naar behoeven worden aangepast door de lengtes van de alkylketens of het moleculaire gewicht van de ELP s als ontwerpparameters te gebruiken. Tot slotte hebben we onderzocht hoe onbehandeld ELP materiaal (zonder surfactant) samenwerkt met zoogdiercellen (hoofdstuk 5). Eén van de obstakels in de ontwikkeling van therapeutische eiwitten is een effectieve levering in zoogdiercellen. De eiwitten moeten een zorgvuldige balans van polaire groepen behouden om in staat te zijn tot distributie, en tevens het hydrofobe karakter laag houden om de celtoxiciteit te minimaliseren. Talloze strategieën zijn toegepast, variërend van het toevoegen van extra kationische peptiden tot het verhogen van de lading van het eiwit zelf. Wij hebben, geïnspireerd door de aminozuur samenstelling van cel-doordringende peptiden, positief geladen GFP-ELP fusie eiwittien van verschillende lengtes geproduceerd en hun cellulaire opname en cytotoxiciteit in zoogdiercellen getest. Wij observeerden een verhoogde cellulaire opname in correlatie met het aantal positieve ladingen van het GFP-ELP in vergelijking met onbehandeld GFP en een anionische ELP variant. Tegelijkertijd, kationische GFP-ELP s vertoonden een opmerkelijk lage cytotoxiciteit en weerstand tegen cellulaire afbraak. De cellulaire opname ging voornamelijk ter werk via caveolae-gemedieerde endocytosis, wat, tezamen met de geobserveerde GFP emissie in de cellen gedurende een lange tijdsperiode, een potentiele ontwijking van de lysosomale afbraakroute suggereert. De resultaten besproken in de verschillende hoofdstukken, welke de fabricatie en eigenschappen van hoog geladen ongevouwen polypeptide materialen en hun verscheidene potentiele toepassingen behandeld, kwalificeren deze biologisch geïnspireerde structuren als een nieuwe en opwindende klasse van biomaterialen met vele toekomstige perspectieven. 139