可用于开发合成疫苗的最大分子笼

最近，加州大学洛杉矶分校（UCLA）的生物化学家制备了有史以来最大的蛋白质，自组装成一种“分子笼”结构。这项研究可能会促进合成疫苗的生产，保护人们远离流感、HIV和其他疾病。这项研究最近发表在《自然化学》杂志（Nature Chemistry）。

　　

生物通报道：最近，加州大学洛杉矶分校（UCLA）的生物化学家制备了有史以来最大的蛋白质，自组装成一种“分子笼”结构。这项研究可能会促进合成疫苗的生产，保护人们远离流感、HIV和其他疾病。

这个蛋白质的尺寸比人体细胞小好几百倍，但它仍然可能促进开发新的方法，在细胞内传递药物，或者产生新的纳米材料。

这种组装的蛋白质，它的形状就像一个立方体一样，根据UCLA化学和生物化学教授Todd Yeates实验室设计的一个蛋白的24个副本而构建。这种蛋白质是多孔的，比以往已经创建的任何其他组装蛋白质都大，具有大的开口，能够允许其他的大蛋白质分子能够自由进出。这项研究最近发表在《自然化学》杂志（Nature Chemistry）。

本文资深作者Yeates，自从2001年第一次发表自组装蛋白质的研究以来，一直都在尝试构建复杂的、能自组装的蛋白质结构。在2012年，他和他的同事们制备了一种能够自我组装的分子笼，由12种蛋白质构成，这12种蛋白质就像拼图一样完美地结合在一起。

现在他们已经能够用24个蛋白分子来组装这种结构，目前，他们正视图设计一种含有60个蛋白分子的分子笼。总的来说，构建每一个更大的蛋白质，都提出了新的科学挑战。但是，更大尺寸的蛋白结构，也有更大的潜力携带更多的“货物”。

Yeates的研究是由美国国家科学基金和UCLA-DOE基因组和蛋白质组学研究所资助支持。第一作者Yen-Ting Lai，当其还是Yeates实验室一名研究生的时候完成了这些研究，现在他是亚利桑那州立大学的博士后。

Yeates同时也是UCLA基因组和蛋白质组学能源研究部和California NanoSystems研究所成员，他解释说，原则上，这些分子结构应该能够装载货物，然后将这些货物释放到细胞内部。

但是，这种分子立方体可能渗透性太强，因此不能作为一种药物容器，例如在人体内。Yeates说：“但是，制作一个更具封闭性的笼子，其设计原理与我们的研究是一样的。”他也补充说，有某些方法可以让这种笼子的稳定性减小，当它进入细胞的时候，它就会释放其货物分子，比如能杀死癌细胞的毒素。

Yeates表示，他实验室的方法也可能促进合成疫苗的生产，这些疫苗将能够模拟细胞应答于病毒感染时的情形。这种疫苗会引起来自人体免疫系统的一种强烈应答，可能比传统疫苗能够提供更好的疾病防护。

目前，Yeates已经与美国国立卫生研究院结构生物学部门主任、疾病病毒结构生物学国家副主任Peter Kwong合作开展了一项研究。他们将开展一项研究，试图将病毒抗原结合到分子笼上。

（生物通：王英）

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生物通推荐原文摘要：
Structure of a designed protein cage that self-assembles into a highly porous cube
Abstract: Natural proteins can be versatile building blocks for multimeric, self-assembling structures. Yet, creating protein-based assemblies with specific geometries and chemical properties remains challenging. Highly porous materials represent particularly interesting targets for designed assembly. Here, we utilize a strategy of fusing two natural protein oligomers using a continuous alpha-helical linker to design a novel protein that self assembles into a 750 kDa, 225 Å diameter, cube-shaped cage with large openings into a 130 Å diameter inner cavity. A crystal structure of the cage showed atomic-level agreement with the designed model, while electron microscopy, native mass spectrometry and small angle X-ray scattering revealed alternative assembly forms in solution. These studies show that accurate design of large porous assemblies with specific shapes is feasible, while further specificity improvements will probably require limiting flexibility to select against alternative forms. These results provide a foundation for the design of advanced materials with applications in bionanotechnology, nanomedicine and material sciences.