來(lái)自蛋白質(zhì)晶體的細(xì)胞內(nèi)分子篩

在自然界中，蛋白質(zhì)被組裝成復(fù)雜且高度有序的結(jié)構(gòu)，這使得它們能夠執(zhí)行支持不同生活形式的眾多功能。天然蛋白質(zhì)的精致的設(shè)計(jì)促使科學(xué)家利用它在合成生物學(xué)工程改造的分子，可與期望的結(jié)構(gòu)自組裝成納米顆粒，并且可用于各種目的，諸如氣體存儲(chǔ)，酶催化，細(xì)胞內(nèi)藥物遞送等

感染昆蟲(chóng)的細(xì)胞質(zhì)多角體病毒(細(xì)胞病毒)被包埋在稱為多面體的蛋白質(zhì)晶體中，其保護(hù)病毒免受損害。多面體晶體(PhCs)的結(jié)構(gòu)表明它們可以作為堅(jiān)固的容器，其可以結(jié)合并保護(hù)外來(lái)分子免于降解，確保其組成和功能穩(wěn)定性。

研究成果概述

通過(guò)在具有非常低孔隙率的溶劑通道的晶體中密集填充多角體單體，提供了在苛刻條件下多面體的極端穩(wěn)定性，然而，這限制了外來(lái)顆粒的摻入。由東京工業(yè)大學(xué)的Satoshi Abe和Takafumi Ueno領(lǐng)導(dǎo)的研究小組假設(shè)，如果PhCs內(nèi)部的多孔框架延伸而不損害晶體穩(wěn)定性，PhCs可用于活細(xì)胞中外源分子的積累和儲(chǔ)存。與天然PhCs一樣，多角體單體形成三聚體，科學(xué)家們認(rèn)為，如果每個(gè)三聚體的接觸界面處的氨基酸殘基被刪除，則所得晶體的孔隙率將增加。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，他們通過(guò)基因工程改造了多角體蛋白單體，然后在草地貪夜蛾(Spodoptera frugiperda)IPLB-Sf21AE(一種粘蟲(chóng)蛾的幼蟲(chóng))中表達(dá)并自組裝，感染桿狀病毒。突變體PhCs維持野生型PhC的晶格，但由于氨基酸殘基的缺失以及分子內(nèi)和分子間氫鍵的重排而具有顯著延長(zhǎng)的孔隙率。結(jié)果，與野生型PhC相比，工程化晶體可以吸附2-4倍的外源分子(熒光染料)，來(lái)自10μM溶液的染料濃縮高達(dá)5,000倍。

作為下一步，科學(xué)家們檢查了活體昆蟲(chóng)細(xì)胞中突變體晶體的性能。PhCs在細(xì)胞內(nèi)環(huán)境中表現(xiàn)出高穩(wěn)定性。最重要的是，突變體晶體可以在活細(xì)胞中積累和保留染料，而天然晶體則不能。

東京工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家使用的基本原理晶體設(shè)計(jì)為自組裝蛋白質(zhì)晶體的結(jié)構(gòu)操作提供了強(qiáng)大的工具，以獲得具有調(diào)節(jié)吸附特性的多孔納米材料。工程化多孔PhC可用作蛋白質(zhì)容器，用于細(xì)胞分子的體內(nèi)晶體結(jié)構(gòu)分析和各種類型活細(xì)胞中的生物正交化學(xué)。

微晶的結(jié)構(gòu)分析

由于獲得了僅有幾微米尺寸的微小晶體，因此在SPring-8的光束線BL32XU和BL41XU進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，SPring-8是一種大型同步輻射裝置，可提供最強(qiáng)大的同步輻射。借助RIKEN開(kāi)發(fā)的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，快速分析了高分辨率結(jié)構(gòu)。

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