Sesenta proteínas de fusión de una proteína pentamérica similar a Sm (ID de PDB:3BY7) y un dominio de espiral MyoX dimérico (ID de PDB:2LW9) se autoensamblan en un complejo de nanopartículas de proteínas, TIP60 (proteína icosaédrica truncada compuesta por proteínas de fusión de 60 unidades). Crédito:Reproducido de la estructura porosa icosaédrica 60-mérica de la nanopartícula de proteína supramolecular diseñada TIP60, Ryoichi Arai y col., Chem. Comun ., 2021, con permiso de la Royal Society of Chemistry.
Las nanopartículas y nanojaulas son materiales atractivos que se pueden aplicar en agentes de color, catalizadores, y administración de fármacos. Para uso en el mundo real, es necesario producir una gran cantidad de nanopartículas de tamaño y forma uniformes, pero hasta ahora Los métodos de formación de nanopartículas que utilizan metales han sido ampliamente investigados, y se han realizado la formación de nanopartículas con una determinada forma y tamaño. Sin embargo, No es fácil crear un grupo de nanopartículas uniformes con la misma estructura a nivel atómico.
Un grupo de investigación conjunto dirigido por el profesor asociado Ryoichi Arai (Instituto de Ciencias Biomédicas y Facultad de Ciencia y Tecnología Textil, Shinshu University) y el profesor asistente Norifumi Kawakami (Facultad de Ciencia y Tecnología, Keio University) desarrolló una nanopartícula de proteína supramolecular uniforme y útil autoensamblada simétricamente a partir de proteínas de fusión de un dominio de proteína pentamérica y un dominio de proteína dimérica. Es posible modificar la funcionalidad mediante mutagénesis específica de sitio o modificación química. Esta nanopartícula de proteína diseñada con un diámetro de aproximadamente 22 nm se denominó TIP60 (proteína icosaédrica truncada compuesta de proteínas de fusión 60-mer) porque está formada por proteínas de fusión artificiales 60-meric autoensambladas con forma de balón de fútbol.
En el presente estudio, el grupo de investigación conjunto resolvió la estructura tridimensional detallada del TIP60 utilizando microscopía crioelectrónica de una sola partícula. Una gran cantidad de TIP60 se expresó en E. coli, y se observó una muestra purificada en la instalación de microscopio crioelectrónico operada por el laboratorio del Prof. Masahide Kikkawa en la Universidad de Tokio. Al realizar un análisis de una sola partícula basado en los datos de imagen obtenidos, Se reconstruyó un mapa tridimensional con una resolución de 3,3 Å. Se reveló que TIP60 forma nanopartículas esféricas huecas como se diseñó y tiene una estructura icosaédrica de 60 méricos con 20 poros de forma triangular con un borde de aproximadamente 4 nm cada uno. Además, el grupo aclaró en detalle la estructura tridimensional característica, como el enlazador que conecta el dominio de formación de pentámeros y el dominio de formación de dímeros compuesto por una hélice α.
Las sesenta proteínas de fusión de un dominio pentamérico y un dominio dimérico se autoensamblan en la estructura icosaédrica porosa de la nanopartícula de proteína TIP60 con un diámetro de aproximadamente 22 nm. Crédito:Ryoichi Arai, Universidad Shinshu
Cuando se agrega un compuesto de molécula pequeña después de modificar químicamente solo la superficie exterior de TIP60 con un compuesto de alto peso molecular, el compuesto de molécula pequeña entra en la cavidad interna y se modifica químicamente en la superficie interna. En otras palabras, Se encontró que la estructura porosa de TIP60 actúa como filtro por tamaño molecular, y las superficies exterior e interior de TIP60 se pueden modificar químicamente con diferentes moléculas de diferentes tamaños.
En el futuro, El grupo utilizará nanopartículas de proteínas diseñadas artificialmente mediante el avance del diseño y la modificación funcional de variantes específicas del sitio basadas en la estructura tridimensional de TIP60 aclarada en este estudio. Se espera que conduzca al desarrollo y las aplicaciones en los campos de la nanobiotecnología y los nanomateriales, como su uso como nanocápsula para un sistema de administración de fármacos.
La investigación fue publicada en Comunicaciones químicas .
