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ベータシートはポリペプチドの鎖（ベータストランド）が水素結合のネットワークでつながったもので、タンパク質に広く存在している。 タンパク質の折り畳み構造におけるβシートの重要性は以前から認識されていたが、βシート間の分子間相互作用の重要性が認識されつつある。 ベータシートの水素結合エッジ間の分子間相互作用は、DNAの塩基対形成のように生体分子の認識の基本的な形態を構成し、タンパク質の4次構造、タンパク質間相互作用、ペプチドやタンパク質の凝集に関与している。 生物学的プロセスにおけるβシート相互作用の重要性は、エイズ、癌、アルツハイマー病などの疾患に対する介入のターゲットとなる可能性がある。 このアカウントでは、私の研究グループが化学モデル系を使ってベータシートの構造と相互作用を研究していることを説明する。 化学モデル系は、タンパク質よりも小さく、シンプルで、操作しやすいので、ベータシートを研究するための優れた手段である。 また、合成化学モデル系は、自然界のシステムを制御・調節したり、その他の有用なアプリケーションを開発する機会を提供し、最終的には病気を治療するための新薬につながる可能性がある。 私たちが開発した「人工ベータシート」では、分子テンプレートとターンユニットをペプチドと組み合わせ、平行および反平行のベータシートの構造を模倣している。 テンプレートとターンユニットは、ペプチド基と水素結合した折りたたみ構造を形成し、複雑で定義が不明確な凝集体の形成を防ぐのに役立つ。 ペプチドβ鎖の一方の端の水素結合パターンを複製し、他方の端をブロックするテンプレートは、凝集体の形成を防ぎ、単純な単量体や二量体構造の形成を促進する上で特に有用であることが証明されている。 水素結合している端が露出している人工ベータシートは、明確に定義された水素結合した二量体を形成することができる。 二量体化はクロロホルム溶液中では容易に起こるが、水溶液中で起こるにはさらに疎水性相互作用が必要である。 二量体形成には、主鎖間の水素結合だけでなく、側鎖間の相互作用も重要である。 人工βシートのNMR研究により、これらの相互作用における水素結合の相補性、サイズの相補性、キラルの相補性の重要性が明らかにされた。 これらのペアリングの優先順位は、ベータシート間の分子認識における配列選択性を示している。 これらの研究は、ペプチドやタンパク質におけるβシート間の分子間エッジツーエッジ相互作用の重要性を説明するのに役立っている。 最終的には、これらのモデル系は、βシート相互作用を制御する新しい方法と、βシートが関与する疾患の治療につながる可能性がある。