Forskning i proteinsamling viser, at molekylær terningkast giver vindende kombinationer

Australske forskere har kastet lys over proteinsammensætningernes formskiftende evner med resultater, der kan revolutionere områder fra biofremstilling til vaccineudvikling.

Anført af University of Sydneys Dr. Taylor Szyszka og Dr. Yu Heng Lau fra ARC Center of Excellence in Synthetic Biology, forskning offentliggjort i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences dykker ned i encapsulins indviklede verden. Disse icosaedriske proteinbure spiller en afgørende rolle i fremstillingen af ​​nano-reaktorer, hvor deres porer fungerer som døre til små nanofabrikker.

"Ved at manipulere porerne og ændre deres størrelse og ladning kan vi få bedre kontrol over substrater, der kommer ind i burene og bliver omdannet til produkter af enzymerne pakket inde," siger Dr. Szyzska.

Holdets udforskning tog dog en uventet drejning, da de begyndte at lave små mutationer for at observere virkningerne.

Dette kast med de molekylære terninger førte til skabelsen af ​​strukturer, der ligner tetraedre, en pyramideform, der er meget forskellig fra de sædvanlige sfæriske encapsulins. Med hensyn til samlingsform er det beslægtet med at ændre en 20-sidet terning til en firesidet terning. Disse tetraedriske samlinger, der kun omfatter 36 proteinunderenheder sammenlignet med de sædvanlige 180, åbner op for et område af muligheder, der tidligere var uudforsket inden for proteinteknologi

"Det, vi fandt, er, at minimale mutationer er nødvendige for drastisk at ændre formen på den endelige samling," siger Dr. Szyszka. "Vi forventede, at det ville være en meget mere kompliceret proces."

Undersøgelsens resultater udfordrer ikke kun eksisterende forståelser af proteinsamling, men tilbyder også indsigt i evolutionær biologi. Encapsulins, selvom de ikke selv er vira, deler evolutionære bånd med virale strukturer. Forskerne spekulerer i, at fleksibiliteten observeret i encapsulins kan tilskrives deres mindre laststørrelse sammenlignet med vira, hvilket potentielt kan påvirke deres evne til at antage forskellige former.

"Denne opdagelse antyder, at der er andre former, vi kan lave, med brede implikationer for bioteknik og biofremstilling," siger Dr. Szyszka.

Med yderligere forskning håber holdet at frigøre det fulde potentiale af disse formskiftende proteiner og bane vejen for innovationer, der kan omforme industrier og forbedre menneskers sundhed.

Flere oplysninger: Taylor N. Szyszka et al., Punktmutation i en viruslignende kapsid driver symmetrireduktion til dannelse af tetraedriske bure, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2321260121

Journaloplysninger: Proceedings of the National Academy of Sciences

Leveret af ARC Center of Excellence in Synthetic Biology (CoESB)