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蛋白質(zhì)功能化剪切(functional dissection)可將蛋白質(zhì)分解成互補(bǔ)片段進(jìn)行利用。盡管這類分子工具在控制生物學(xué)信號(hào)、先進(jìn)分子構(gòu)造等諸多領(lǐng)域均展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用價(jià)值,但這些工具同時(shí)還存在著背景重組裝、熱力學(xué)穩(wěn)定性低以及結(jié)構(gòu)靜態(tài)等缺點(diǎn)。
針對(duì)這些缺點(diǎn),香港科技大學(xué)孫飛副教授等人提出了一種可化學(xué)誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)組裝方法,該方法是通過剪切B12依賴性光感受器CarH的羧基(C)末端結(jié)構(gòu)域CarHC來實(shí)現(xiàn)。由此得到的片段可在添加鈷胺素(AdoB12、MeB12或CNB12)后有效重組。而光解輔助因子如AdoB12和MeB12又可進(jìn)一步有助于穩(wěn)定帶有雙His配體螯合B12蛋白質(zhì)加合物。研究顯示,拆分CarHC能夠生成一系列蛋白質(zhì)水凝膠,根據(jù)B12的類型,水凝膠的力學(xué)性能可以進(jìn)行光增強(qiáng)或者光減弱。這種新型蛋白質(zhì)化學(xué)展現(xiàn)出了背景自組裝幾乎可忽略、偶聯(lián)結(jié)合穩(wěn)定和光可調(diào)性等特點(diǎn),因此研究認(rèn)為該蛋白質(zhì)組裝方法為設(shè)計(jì)智能材料提供了新的思路。相關(guān)工作以“B12-induced reassembly of split photoreceptor proteinenables photoresponsive hydrogels with tunable mechanics”為題發(fā)表在Science Advances。
【文章要點(diǎn)】
一、CarHC拆分
光感受器CarH蛋白C-末端結(jié)構(gòu)域CarHC在與腺苷鈷胺(AdoB12)結(jié)合可形成四聚體,并在暴露于綠光(522nm)或白光時(shí)分解為單體。這種光解會(huì)伴隨著B12中C─Co鍵的斷裂、腺苷部分的去除以及穩(wěn)定的雙His-配體螯合B12復(fù)合物的形成。CarHC已被證明是一種強(qiáng)大的分子工具;它不僅可以作為一種光遺傳學(xué)工具來控制體內(nèi)的生物信號(hào),還可以用于制備治療劑遞送和組織再生的光響應(yīng)材料。在這項(xiàng)研究中,作者發(fā)現(xiàn)經(jīng)過蛋白質(zhì)拆分處理的CarHC可以分裂成兩個(gè)較小的聚肽,即CarHCN和CarHCC。這些聚肽在添加B12后,可進(jìn)行重新組裝并恢復(fù)B12相關(guān)的光響應(yīng)性(圖1)。
圖1 B12依賴光響應(yīng)CarHC蛋白質(zhì)拆分
二、蛋白質(zhì)水凝膠
基于CarHCN和CarHCC,研究利用基因編碼Spy化學(xué)進(jìn)一步制備了數(shù)種遙爪型蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)在不同類型B12輔助因子的作用下,可形成多種水凝膠材料(Ado gel和Me gel)。表征顯示,Ado gel和Me gel都具有光響應(yīng)性。其中,光對(duì)Ado gel和Me gel的力學(xué)產(chǎn)生了相反的影響;將Ado gel暴露于連續(xù)白光(~30kLux)下可使G′不斷降低至初始值的43.7±7.2%,表現(xiàn)出光減弱效應(yīng),而在相同輻照條件下,Me gel則可以得到機(jī)械增強(qiáng)(G′增加倍數(shù)為3.5±0.4)。細(xì)胞封裝實(shí)驗(yàn)則發(fā)現(xiàn),這些水凝膠材料的硬度與骨髓、腦組織相似,有望在組織再生等方面展現(xiàn)應(yīng)用價(jià)值。
圖2 光響應(yīng)性水凝膠的合成 |