近期，中國科學(xué)院武漢病毒研究所與合作單位從頭設(shè)計(jì)構(gòu)建了一種氧氣通透性可調(diào)控的人工蛋白納米籠（protein nanocage，PNC）結(jié)構(gòu)。相關(guān)成果發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。研究得到國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
PNC廣泛存在于生物界，是由蛋白質(zhì)亞單位通過精確有序自組裝形成的籠形功能納米結(jié)構(gòu)，類型多樣（如病毒衣殼、細(xì)菌微區(qū)室、鐵蛋白超家族），是蛋白、核酸、礦物質(zhì)等生物活性分子儲(chǔ)存、遞送與代謝調(diào)節(jié)的關(guān)鍵載體，還能為細(xì)胞內(nèi)特異性高效酶催化提供限域空間。從材料學(xué)的角度看，PNC具有可遺傳編碼、空間可尋址、可生物合成和易于功能化等優(yōu)勢，為靶向診療、催化、mRNA遞送、納米光子學(xué)等應(yīng)用提供了重要技術(shù)平臺(tái)注。在開發(fā)利用天然的PNC之外，從頭設(shè)計(jì)PNC一直是領(lǐng)域內(nèi)科學(xué)家的方向。盡管已有一些成功的嘗試，但設(shè)計(jì)具有特定物質(zhì)通透性的PNC仍然非常具有挑戰(zhàn)。
藍(lán)藻羧酶體外殼是由多種蛋白組成的類似病毒衣殼的PNC，具有物質(zhì)透過選擇性（碳酸氫根可透過而氧氣不可透過）。受此啟發(fā)，武漢病毒所等研究團(tuán)隊(duì)以羧酶體頂點(diǎn)蛋白CcmL五聚體為構(gòu)筑單元，結(jié)合前期病毒衣殼蛋白-無機(jī)納米顆粒雜合組裝的研究基礎(chǔ)，通過界面設(shè)計(jì)，以量子點(diǎn)為模板指導(dǎo)CcmL五聚體組裝形成了直徑12 nm的PNC。聯(lián)合使用固體核磁共振和冷凍電鏡技術(shù)解析其結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，該P(yáng)NC為正二十面體對(duì)稱結(jié)構(gòu)，具有高度保守的五聚體間相互作用界面，并觀測到蛋白與量子點(diǎn)的作用位點(diǎn)。這是國際上首次在蛋白-無機(jī)雜合組裝體中獲得原子分辨率的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。
基于高分辨結(jié)構(gòu)信息，研究團(tuán)隊(duì)利用親和性的分子補(bǔ)丁封閉該P(yáng)NC殼的孔洞，可逆地控制籠子的氧通透性，從而建立了一種門控機(jī)制，首次實(shí)現(xiàn)對(duì)特定分子具有可控通透性的PNC的人工設(shè)計(jì)。CcmL PNC有望用于氧氣敏感或響應(yīng)性材料的存儲(chǔ)、催化、輸送、傳感等方面，對(duì)類羧酶體人工細(xì)胞器的設(shè)計(jì)也有借鑒意義。此外，該研究建立的兩種分別基于量子點(diǎn)和銥配合物的氧氣傳感策略也為相關(guān)生物學(xué)研究提供了新方法。
醫(yī)思倍，醫(yī)學(xué)研究院
廣州醫(yī)康達(dá)生物科技有限公司在番禺創(chuàng)新科技園成立，是國家級(jí)科技企業(yè)孵化器重點(diǎn)培育的醫(yī)學(xué)研究項(xiàng)目。是目前國內(nèi)生物醫(yī)療領(lǐng)域唯一 一家專注于提供醫(yī)學(xué)科研解決方案的專業(yè)咨詢服務(wù)公司。旗下品牌“醫(yī)思倍”醫(yī)學(xué)研究院，擁有1500多平方的醫(yī)學(xué)科研實(shí)驗(yàn)室以及先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
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