De novo design of protein-like 3D assemblies from exclusively unnatural peptides is a formidable task because the underlying principles governing the self-assembly process have not yet been well-established. To tackle this challenging issue, I performed systematic self-assembly studies using a series of congener hexapeptide foldamers to find a relationship between the foldamer’s primary sequence and the resulting self-assemblies. A scanning monomer for subtle electronic perturbation on hydrophobic foldamers induced a previously inaccessible solid-state conformational split sequence-specifically. This finding enabled me to identify the most susceptible site for the foldamer association, akin to critiral residues in natural proteins. By regulating the residue, I proved that a controlled mutation in the foldamer sequence could induce a predictable geometric switch and thereby generate customized assemblies. This study will be helpful in designing artificial peptides from scratch to create the peptidomimetic versions of structural and functional hierarchy comparable to proteins.
단백질을 모방한 3차원 구조를 갖는 비천연 자기조립체는 다양한 분야에 응용될 가능성이 있지만, 이를 새롭게 디자인하는 것은 매우 어려운 과제로 여겨져 왔다. 이는 자기조립 과정 전반을 관장하는 근본적 원리가 아직 정확하게 규명되지 않았기 때문으로 생각된다. 이 문제를 해결하기 위해, 본 학위논문에서는 헥사머 길이를 갖는 일련의 비천연 펩타이드 폴대머에 대한 자기조립 연구를 통해 폴대머의 일차 구조와 자기조립체의 구조 간 상관관계를 정립하고자 하였다. 스캐닝 아미노산을 이용해 소수성 폴대머 표면의 전자밀도를 다르게 함으로써, 기존에 없었던 방식으로 펩타이드 서열에 의해 고체상에서의 폴대머 고체상 구조를 변화시킬 수 있었다. 이에 따라 단백질 접힘에 관여하는 특정 잔기와 유사하게, 자기조립 과정에서 폴대머 분자 간 상호작용에 영향을 미치는 가장 민감한 위치를 결정할 수 있음을 발견하였다. 결과적으로 폴대머 서열에서의 해당 위치를 제어하여 예측 가능한 고체상 구조 변화를 유도하고, 그에 따른 맞춤형 자기조립체를 생성할 수 있음을 입증하였다. 본 연구 결과는 기존에 없던 인공 펩타이드를 디자인하여 천연 단백질과 같은 계층적 구조의 기능성 물질을 만드는 데에 기여할 수 있을 것이라 기대한다.