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来自蛋白质晶体的细胞内分子筛

在自然界中,蛋白质被组装成复杂且高度有序的结构,这使得它们能够执行支持不同生活形式的众多功能。天然蛋白质的精致的设计促使科学家利用它在合成生物学工程改造的分子,可与期望的结构自组装成纳米颗粒,并且可用于各种目的,诸如气体存储,酶催化,细胞内药物递送等

来自蛋白质晶体的细胞内分子筛

感染昆虫的细胞质多角体病毒(细胞病毒)被包埋在称为多面体的蛋白质晶体中,其保护病毒免受损害。多面体晶体(PhCs)的结构表明它们可以作为坚固的容器,其可以结合并保护外来分子免于降解,确保其组成和功能稳定性。

研究成果概述

通过在具有非常低孔隙率的溶剂通道的晶体中密集填充多角体单体,提供了在苛刻条件下多面体的极端稳定性,然而,这限制了外来颗粒的掺入。由东京工业大学的Satoshi Abe和Takafumi Ueno领导的研究小组假设,如果PhCs内部的多孔框架延伸而不损害晶体稳定性,PhCs可用于活细胞中外源分子的积累和储存。与天然PhCs一样,多角体单体形成三聚体,科学家们认为,如果每个三聚体的接触界面处的氨基酸残基被删除,则所得晶体的孔隙率将增加。为实现这一目标,他们通过基因工程改造了多角体蛋白单体,然后在草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)IPLB-Sf21AE(一种粘虫蛾的幼虫)中表达并自组装,感染杆状病毒。突变体PhCs维持野生型PhC的晶格,但由于氨基酸残基的缺失以及分子内和分子间氢键的重排而具有显着延长的孔隙率。结果,与野生型PhC相比,工程化晶体可以吸附2-4倍的外源分子(荧光染料),来自10μM溶液的染料浓缩高达5,000倍。

作为下一步,科学家们检查了活体昆虫细胞中突变体晶体的性能。PhCs在细胞内环境中表现出高稳定性。最重要的是,突变体晶体可以在活细胞中积累和保留染料,而天然晶体则不能。

东京工业大学的科学家使用的基本原理晶体设计为自组装蛋白质晶体的结构操作提供了强大的工具,以获得具有调节吸附特性的多孔纳米材料。工程化多孔PhC可用作蛋白质容器,用于细胞分子的体内晶体结构分析和各种类型活细胞中的生物正交化学。

微晶的结构分析

由于获得了仅有几微米尺寸的微小晶体,因此在SPring-8的光束线BL32XU和BL41XU进行结构分析,SPring-8是一种大型同步辐射装置,可提供最强大的同步辐射。借助RIKEN开发的自动数据采集系统,快速分析了高分辨率结构。

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