卷曲螺旋介导的二十面体蛋白质笼自组装及其极端热稳定性与化学稳定性研究

Cristie-David, AS., Chen, J., Nowak, DB., Bondy, AL., Sun, K., Park, SI., Banaszak Holl, MM., Su, M., Marsh, ENG.
J Am Chem Soc

Abstract

蛋白质分子组织成高阶纳米结构是自然界的普遍现象，也是合成生物学的重要目标。此外，酶活性的稳定化在生物技术与医学中具有广泛应用。本研究通过对称性导向设计，构建了分子量约2.1 MDa、尺寸类同小型二十面体病毒且具有极端稳定性和酶活性的中空蛋白质笼。该蛋白质笼基于二十面体对称性，通过基因融合三聚体蛋白（TriEst）与全新设计的五聚卷曲螺旋结构域，并以柔性寡聚甘氨酸连接序列分隔。通过对连接序列长度（2-12个残基）的设计库进行筛选，确定含8个甘氨酸残基的构建体（Ico8）可形成明确笼状结构。动态光散射、负染电镜、冷冻电镜、原子力显微镜及红外光诱导力显微镜表征表明，Ico8组装成柔性中空笼结构，包含20个酯酶三聚体（共60个蛋白亚基），整体呈现二十面体几何构型。值得注意的是，Ico8形成的蛋白质笼表现出极端的热与化学变性稳定性：TriEst在加热（Tm≈75°C）或1.5 M盐酸胍处理时会解折叠，而Ico8笼结构即使在120°C或8 M盐酸胍中仍保持折叠状态。这种稳定性提升是蛋白质笼高阶结构涌现的新特性，而非其组成元件固有属性。

DOI: 10.1021/jacs.8b13604