3D-struktur af kunstigt designet proteinnanopartikel TIP60 belyst ved kryo-elektronmikroskopi

Nanopartikler og nanocages er attraktive materialer, der kan anvendes i farvestoffer, katalysatorer, og medicinafgivelse. Til brug i den virkelige verden, det er nødvendigt at producere et stort antal nanopartikler af ensartet størrelse og form, men indtil videre, Metoder til dannelse af nanopartikler ved hjælp af metaller er blevet undersøgt i vid udstrækning, og dannelsen af ​​nanopartikler med en bestemt form og størrelse er blevet realiseret. Imidlertid, det er ikke let at skabe en gruppe af ensartede nanopartikler med samme struktur på atomniveau.

En fælles forskergruppe ledet af lektor Ryoichi Arai (Institutet for Biomedicinske Videnskaber og Fakultetet for Tekstilvidenskab og Teknologi, Shinshu University) og adjunkt Norifumi Kawakami (Det Naturvidenskabelige og Teknologiske Fakultet, Keio University) udviklede en ensartet og nyttig supramolekylær proteinnanopartikel symmetrisk selvsamlet fra fusionsproteiner af et pentamerisk proteindomæne og et dimert proteindomæne. Det er muligt at modificere funktionaliteten ved stedspecifik mutagenese eller kemisk modifikation. Denne designede proteinnanopartikel med en diameter på omkring 22 nm blev navngivet TIP60 (Truncated Icosahedral Protein sammensat af 60-mer fusionsproteiner), fordi den er dannet ved selv at samle 60-meriske kunstige fusionsproteiner formet som en fodbold.

I nærværende undersøgelse, den fælles forskergruppe løste den detaljerede tredimensionelle struktur af TIP60 ved hjælp af enkelt-partikel kryo-elektronmikroskopi. En stor mængde TIP60 blev udtrykt i E. coli, og en oprenset prøve blev observeret ved kryo-elektronmikroskopfaciliteten, der drives af Prof. Masahide Kikkawa-laboratoriet ved University of Tokyo. Ved at udføre enkeltpartikelanalyse baseret på opnåede billeddata, et tredimensionelt kort blev rekonstrueret med en opløsning på 3,3 Å. Det blev afsløret, at TIP60 danner hule sfæriske nanopartikler som designet og har en icosahedral 60-merisk struktur med 20 trekantet-lignende porer med en kant på omkring 4 nm hver. Ud over, gruppen belyste i detaljer den karakteristiske tredimensionelle struktur, såsom linkeren, der forbinder pentamerdannelsesdomænet og dimerdannelsesdomænet sammensat af en a-helix.

Når en lille molekyleforbindelse tilsættes efter kun at have modificeret den ydre overflade af TIP60 med en højmolekylær forbindelse, den lille molekyleforbindelse kommer ind i det indre hulrum og modificeres kemisk i den indre overflade. Med andre ord, det blev fundet, at den porøse struktur af TIP60 fungerer som et filter efter molekylær størrelse, og de ydre og indre overflader af TIP60 kan modificeres kemisk med forskellige molekyler af forskellig størrelse.

I fremtiden, gruppen vil bruge kunstigt designede proteinnanopartikler ved at fremme design og funktionel modifikation af stedspecifikke varianter baseret på den tredimensionelle struktur af TIP60, der er belyst i denne undersøgelse. Det forventes at føre til udvikling og anvendelser inden for nanobioteknologi og nanomateriale, såsom brug som en nanokapsel til et lægemiddelleveringssystem.

Undersøgelsen blev offentliggjort i Kemisk kommunikation .