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針對這些缺點，香港科技大學孫飛副教授等人提出了一種可化學誘導的蛋白質組裝方法，該方法是通過剪切B12依賴性光感受器CarH的羧基（C）末端結構域CarHC來實現。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又可進一步有助于穩定帶有雙His配體螯合B12蛋白質加合物。研究顯示，拆分CarHC能夠生成一系列蛋白質水凝膠，根據B12的類型，水凝膠的力學性能可以進行光增強或者光減弱。這種新型蛋白質化學展現出了背景自組裝幾乎可忽略、偶聯結合穩定和光可調性等特點，因此研究認為該蛋白質組裝方法為設計智能材料提供了新的思路。相關工作以“B12-induced reassembly of split photoreceptor proteinenables photoresponsive hydrogels with tunable mechanics”為題發表在Science Advances。

【文章要點】

一、CarHC拆分

光感受器CarH蛋白C-末端結構域CarHC在與腺苷鈷胺（AdoB12）結合可形成四聚體，并在暴露于綠光（522nm）或白光時分解為單體。這種光解會伴隨著B12中C─Co鍵的斷裂、腺苷部分的去除以及穩定的雙His-配體螯合B12復合物的形成。CarHC已被證明是一種強大的分子工具；它不僅可以作為一種光遺傳學工具來控制體內的生物信號，還可以用于制備治療劑遞送和組織再生的光響應材料。在這項研究中，作者發現經過蛋白質拆分處理的CarHC可以分裂成兩個較小的聚肽，即CarHCN和CarHCC。這些聚肽在添加B12后，可進行重新組裝并恢復B12相關的光響應性（圖1）。

圖1 B12依賴光響應CarHC蛋白質拆分

二、蛋白質水凝膠

基于CarHCN和CarHCC，研究利用基因編碼Spy化學進一步制備了數種遙爪型蛋白質。這些蛋白質在不同類型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都具有光響應性。其中，光對Ado gel和Me gel的力學產生了相反的影響；將Ado gel暴露于連續白光（~30kLux）下可使G′不斷降低至初始值的43.7±7.2%，表現出光減弱效應，而在相同輻照條件下，Me gel則可以得到機械增強（G′增加倍數為3.5±0.4）。細胞封裝實驗則發現，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應用價值。

圖2 光響應性水凝膠的合成