In-cell nano-3D printer: Синтез стабильных филаментов из внутриклеточных белковых кристаллов
Искусственные белковые сборки находят применение в катализе, молекулярном хранении и системах доставки лекарств. Однако создание упорядоченных белковых структур сложно, так как требует точного контроля условий синтеза, таких как pH и температура.
Ученые из Токийского технологического института под руководством профессора Такафуми Уэно разработали новый подход. Они используют живые клетки как нано-3D принтеры, синтезируя белковые сборки из белковых кристаллов.
Стратегия синтеза:
- Введение мутаций: В генетический код организма, естественно производящего белковые кристаллы, вносятся мутации. Они приводят к образованию дисульфидных связей (S-S) между мономерами в строго определенных местах кристалла.
- Растворение кристалла: При растворении кристалла новые S-S связи удерживают группы мономеров вместе, и кристалл распадается на заранее заданные белковые сборки (клетки, трубки, филаменты).
Новое исследование (Angewandte Chemie International Edition):
Команда продемонстрировала синтез пучков белковых филаментов.
- Система: Культура клеток насекомых (Spodoptera frugiperda), инфицированная вирусом для сверхэкспрессии мономера "TbCatB". Мономеры естественно агрегируют в клетках в белковые кристаллы за счет слабых нековалентных взаимодействий.
- Мутации: В клетки стратегически ввели две мутации, чтобы каждый мономер имел две тиольные группы (-SH) цистеина в критических точках контакта с другими мономерами.
- Окисление: Извлеченные кристаллы окисляли при комнатной температуре. Это привело к превращению тиольных групп в прочные S-S связи между соседними мономерами, расположенными в одном направлении (аутоокисление на воздухе).
- Результат: При растворении кристаллов эти дисульфидные связи вместе с остаточными нековалентными взаимодействиями привели к образованию пучков белковых филаментов шириной в два мономера (~8.3 нанометра).
Цитата профессора Уэно:
"С нашей стратегией мы достигли высокоточного расположения белковых молекул, подавив случайную агрегацию мономеров из-за нежелательных сульфидных связей, и все это в относительно простом одном процессе ("one-pot process")".
Вывод:
Этот инновационный подход, сочетающий рациональную генную инженерию и естественные клеточные механизмы, представляет собой полезное достижение в нанобиоматериаловедении и супрамолекулярной химии для получения стабильных белковых сборок из кристаллов.