人工蛋白针解码蛋白质组装动态

　　

   

   

科学家们长期以来一直试图解码蛋白质的复杂亚结构。现在，东京工业大学(Tokyo Tech)的研究人员终于利用蛋白质针对工程蛋白质自组装进行了研究，从而阐明了这一前沿。

资料来源:东京工业大学的Takafumi Ueno

蛋白质组装对于有序的生物结构的形成是必不可少的，但想象一下工程中的蛋白质组装!这正是东京工业大学(Tokyo Tech)的研究人员利用蛋白质针所实现的。通过调节这些针尖之间的相互作用，他们允许它们自我组装成晶格结构、有序单体状态和纤维组件，为更多此类蛋白质结构的可控构建铺平了道路。

蛋白质是我们身体的基本组成部分。然而，它们的分子结构和宏观结构复杂多样，具有多种折叠模式和亚结构。科学家们已经尝试了一段时间来破译这些结构，并在荧光显微镜(FM)、原子力显微镜(AFM)和高速AFM (HS-AFM)的帮助下取得了很大的进展。然而，他们还不能直接观察蛋白质在组装过程中的动态运动。这主要是由于蛋白质的复杂结构，它们太小，无法用现有的技术来测量。

来自东京工业大学(Tokyo Tech)、九州大学、名古屋大学(Nagoya University)和国家自然科学研究院(National Institutes of Natural Sciences)的研究人员组成的一个合作团队，现在已经开发出一种专门的各向异性蛋白针(protein needle，PN)，以帮助确定类似的各向异性蛋白的组装，让我们了解它们的结构和组装。

领导这项研究的东京工学院的Takafumi Ueno教授解释了他们工作的前提，“我们的PN是由刚体(β-螺旋)、末端帽(折叠)和结合基序(六组氨酸标签)组成的针状蛋白质。通过删除His-tag motif和折叠盖来修改这些PN，我们可以产生三种不同类型的PN。这使我们能够调节和观察不同的装配模式以及它们如何变化，给我们提供了在自然界中发现的不同蛋白质相互作用机制的线索。”这项研究的结果发表在《Small》杂志上。

在溶液中，PNs自发形成高度稳定的结构，其长度约为20 nm，宽度约为3.5 nm，小到足以跟踪单个分子的旋转运动，但机械强度强。

在表面上，研究小组观察到PNs自组装时不同种类的有序结构。这些结构从三角形格子和向列排列的单体状态(一维方向)到纤维组件(图1)。

这反过来又使研究小组能够通过HS-AFM和模拟相结合的方法研究蛋白质组装的动态过程（图2）。结果表明，三角形晶格结构的形成是由PN的动态运动引导的，这有助于形成有序晶格（图3）。

这些发现让研究人员兴奋不已，他们正在考虑其潜在的影响。“这些分子在生物系统中发挥着至关重要的作用，了解它们的结构将极大地推动这一领域的发展。例如，我们可以利用它来设计蛋白质的动态集体运动，从而为构建超分子结构奠定基础。这个概念可以导致生物相容性薄片材料的工程，靶向药物运输，甚至基于蛋白质的纳米机器人，”Ueno教授评论道。

事实上，这样的发展可能就在眼前。

10.1002/smll.202106401

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