Clathrin som et bioteknisk substrat:Immobilisering og funktionalisering

(Phys.org)-Baseparringsegenskaberne for DNA, kombineret med vores evner til at skabe syntetisk DNA i laboratoriet har ført til fremskridt inden for nanoskalaarkitektur og design af molekylære enheder. Der er foretaget mindre forskning med proteiner, selvom proteiner, som DNA, er lavet af individuelle underenheder, hvis unikke kemiske egenskaber kan udnyttes til at funktionalisere proteinark eller immobilisere proteinerne på en overflade. Visse proteiner har ønskelige egenskaber for molekylære anordninger.

En gruppe forskere fra Hannover Medical School, University College London, Georg August University, og Center for Nanoskala Mikroskopi og Molekylær Fysiologi i Hjernen i Tyskland har vist, at clathrin, et gitterdannende proteinkompleks, der bruges til vesikeltransport i eukaryote celler, kan immobiliseres på en række forskellige overflader og funktionaliseres med nanopartikler og enzymer. Desuden, clathrin gitteret kan gemmes og genaktiveres uden at miste dets funktionalitet, gør det til et praktisk substrat for molekylære enheder. Deres arbejde vises i Naturnanoteknologi .

Clathrin anvendes i vesikeltransport over membraner i eukaryote celler. Det danner en gitterstruktur, der enten kan være et todimensionalt ark eller et tredimensionelt bur. Clathrin består af et trebenet proteinkompleks, kendt som en triskelion. Triskelia samler sig selv til gitter, der omslutter en membran i et polyhedralt bur. Triskelionen har tunge kæder og lette kæder. Et gitter kan være lavet af triskelia, der er både tunge og lette kæder eller bare tunge kæder. I dette studie, lyskæderne funktionaliseres med nanopartikler eller enzymer.

Dannhauser, et al. fundet ud af, at todimensionale clathringitter vil dannes på flere typer overflader. De immobiliserede clathrin ved hjælp af en portion af et adapterprotein, H ₆ -epsin. I kroppen, clathrin fastgøres til membraner gennem adapterproteiner, med henblik på immobilisering på en overflade, Dannhauser, et al. testet, om den samme mekanisme kan gælde for en række overflader i laboratoriemiljøet. De producerede immobiliserede clathringitter på grafen, polymerer, glas, og metaller.

Overfladen mellem gitteret kan styres ved hjælp af NaSCN. NaSCN er kendt for at forhindre tredimensionel clathrin-samling, så de brugte det til at adskille det todimensionale, overfladebundet gitter. Efter behandling med 0,05 M NaSCN, gitteret blev uordentligt. Fjernelse af NaSCN viste, at nogle af gitteregenskaberne var tilbage, og behandling med mere triskelia fik gitteret til at danne sig igen. Højere koncentrationer af NaSCN blev brugt til at fjerne gitteret fuldstændigt. Imidlertid, den H. ₆ -epsin linker forblev intakt, selv ved højere koncentrationer af NaSCN, viser, at linkeren er yderst robust, mens gitteret let kan fjernes.

Desværre er det immobiliserede clathrin -gitter kun stabilt i snesevis af minutter, som er upraktisk til brug som en enhed. Derfor, Dannhauser, et al. testet forskellige tværbindingsstrategier. De fandt ud af, at 4-azido-2, 3, 5, 6-tetraorenzosyre succinimidylester (ATFB) til at være en god kandidat til tværbinding. Det kovalent forbinder clathrin med H ₆ -epsin. Derudover gitteret kan dehydratiseres ved først at tværbinde med glutaraldehyd og derefter bruge uranylacetat. AFM -undersøgelser viser, at gitteraktivitet kan genoprettes ved rehydrering. Crossliniking kombineret med dehydrering gav dem mulighed for at opbevare gitterne i flere måneder ad gangen.

Endelig, clathrin-gitteret blev funktionaliseret med guldnanopartikler og med et co-enzym kaldet auxilin via inkorporering af modificerede lette kæder til et gitter bestående af tunge kæder. Billedstudier bekræftede funktionalisering af både nanopartiklerne og enzymet. Auxilin bruges i levende celler sammen med enzymet Hsc70 til at fjerne clathringitter fra membraner. Foreløbige undersøgelser viste, at auxilin ser ud til at opretholde sin enzymatiske aktivitet ved den måde, hvorpå det adskilte det immobiliserede clathrin -gitter. Selvom der er behov for yderligere undersøgelser, dette eksperiment viser, at gitterkonstruktionen kan funktionaliseres med forskellige partikeltyper.

Denne forskning ser på, hvordan clathrin kan bruges til molekylære enheder og nanosamling. Dannhauser, et al. demonstrere dets praktiske egenskaber ved at immobilisere gitteret på forskellige overflader, øger dens levetid gennem tværbinding og dehydrering, og funktionalisere den med en uorganisk nanopartikel og et enzym.

© 2015 Phys.org