Искусственные каналы клеточной мембраны из ДНК можно открывать и запирать ключом
В новом исследовании профессор Университета штата Аризона Хао Янь и его коллеги из ASU и Университетского колледжа Лондона описали дизайн и создание искусственных мембранных каналов, сконструированных из коротких сегментов ДНК. Эти ДНК-конструкции ведут себя подобно естественным клеточным каналам или порам, обеспечивая селективный транспорт ионов, белков и другого груза, но с расширенными функциями, недоступными их природным аналогам.
"Многие биологические поры и каналы имеют обратимые затворы, позволяющие ионам или молекулам проходить через них. Здесь мы имитируем эти природные процессы, создавая ДНК-нанопоры, которые можно запирать и открывать в ответ на внешние молекулы-"ключи" или "-замки"", — говорит Хао Янь.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Принцип создания и преимущества
- Каналы созданы с помощью ДНК-нанотехнологий, основанных на комплементарном спаривании нуклеотидов (A-T, C-G), что позволяет создавать заданные 2D- и 3D-наноструктуры.
- Новая методика собирает компоненты канала горизонтально по отношению к мембране, а не вертикально. Это позволяет создавать нанопоры с более широкими отверстиями для транспорта более крупных биомолекул.
- Конструкция включает крышку на шарнирах с механизмом "замка и ключа". "Ключами" служат специфические последовательности ДНК, которые связываются с крышкой, заставляя её открываться или закрываться.
Экспериментальные подтверждения
- С помощью атомно-силовой и просвечивающей электронной микроскопии подтверждено, что структуры соответствуют проектным спецификациям.
- Каналы успешно встраиваются в липидный бислой клетки и обеспечивают селективный транспорт грузов разного размера: от молекул флуоресцентного красителя до сложенных белковых структур (некоторые крупнее пор природных мембранных каналов).
- Транспорт осуществляется в течение 1 часа после формирования канала, что значительно быстрее предыдущих ДНК-нанопор (5–8 часов).
Потенциальные применения
- Исследование белков: захват и изучение белков, их взаимодействий и быстрого фолдинга/анфолдинга.
- Таргетная доставка лекарств: точный контроль за попаданием биомолекул в клетки.
- Биосенсорика и создание искусственных клеточных сетей, способных автономно захватывать, концентрировать, хранить и доставлять микроскопический груз.