今天給大家分享一篇angew上的文章Design of an In-Cell Protein Crystal for the Environmentally Responsive Construction of a Supramolecular Filament，本文通訊作者是來(lái)自東京工業(yè)大學(xué)的上野隆史教授，其課題組研究方向?yàn)榈鞍踪|(zhì)工程、生物無(wú)機(jī)化學(xué)等。
蛋白質(zhì)組裝體如籠、環(huán)、絲狀物等具有許多獨(dú)特的功能，可由人工調(diào)節(jié)蛋白-蛋白相互作用，例如金屬配位、共價(jià)及非共價(jià)修飾所制造，可用于催化、分子存儲(chǔ)、藥物遞送等方面。但目前制造高度有序的蛋白質(zhì)組裝體依然較為困難，主要因?yàn)榻M裝體與非組裝的蛋白質(zhì)單體間的平衡難以調(diào)節(jié)，且溶液中蛋白質(zhì)單體高度靈活，需要非常精準(zhǔn)地設(shè)計(jì)與調(diào)節(jié)如溫度、pH的條件才能得到需要的結(jié)構(gòu)。作者從蛋白質(zhì)晶體這一高度有序的蛋白質(zhì)排列形式出發(fā)，通過(guò)在合適的位置引入半胱氨酸殘基，形成二硫鍵穩(wěn)定蛋白質(zhì)晶體的結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)建蛋白質(zhì)組裝體。
TbCatB具有針狀的晶體，單體在一維線性上進(jìn)行組裝，在pH低于4時(shí)分解為單體。作者認(rèn)為其設(shè)計(jì)的半胱氨酸突變體在晶體中可自動(dòng)氧化形成二硫鍵從而交聯(lián)形成超分子絲狀物，在pH低于4時(shí)解離，而在溶液中氧化則不會(huì)形成組裝體。由晶體結(jié)構(gòu)可知，TbCatB線性結(jié)構(gòu)由R91a與T223b之間的水分子形成氫鍵形成，螺旋形的結(jié)構(gòu)由T177b，Y173b，Y217b和R39a，R42a，G276a間的相互作用形成。據(jù)此作者設(shè)計(jì)了兩個(gè)突變體R91C/T223C-TbCatB（1-TbCatB）與Y217C/S275C-TbCatB（2- TbCatB），防止非共價(jià)作用解離。作者將這兩種突變體表達(dá)在細(xì)胞中后，經(jīng)過(guò)四天的培養(yǎng)，可用光學(xué)顯微鏡發(fā)現(xiàn)明顯的微晶形成。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明它們空間群與野生型類(lèi)似，并基本保留了原來(lái)的結(jié)構(gòu)，并且通過(guò)電子密度發(fā)現(xiàn)1- TbCatB形成了二硫鍵，而2-TbCatB沒(méi)有，可能由于Y217C與S275C的空間距離比能形成二硫鍵的空間距離稍大所致。
作者在溶解1- TbCatB晶體后發(fā)現(xiàn)，在溶液中形成了絲狀物，表明二硫鍵在晶體釋放到溶液后仍然保持。兩股纖維形成的聚集體比單個(gè)纖維的產(chǎn)率更高，可能由于兩股纖維間可能形成氫鍵，且透射電子顯微鏡觀察到蛋白質(zhì)在兩個(gè)纖維間呈之字形排列。如果在溶液中氧化形成二硫鍵的話(huà)，蛋白質(zhì)單體隨機(jī)聚集，最終形成的絲狀物長(zhǎng)度較短。在酸性環(huán)境中，絲狀物完全解離，且除掉酸后不能恢復(fù)。
本文作者：JGG
責(zé)任編輯：WQW
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202102039
文章引用：DOI：10.1002/anie.202102039
