科学家构建最大分子笼或能用于开发合成疫苗

近日，来自美国加州大学洛杉矶分校的生物化学家通过一种自我组装形成的“分子笼”结构创造了有史以来最大的蛋白质。该研究能够促进合成疫苗的发展，用于抵御流感、HIV以及其它的疾病。本研究成果题为“Structure of a designed protein cage that self-assembles into a highly porous cube”于近日在线发表在Nature Chemistry杂志上。

本研究的带头人，美国加州大学洛杉矶分校化学和生物化学教授Todd Yeates指出：这种分子笼机构，尽管它的尺寸比人体细胞要小上好几百倍，它仍然能够促进发展新的方法去运送药物进入细胞，或者是用于创造新的纳米材料。

这种组装的蛋白，它的形状就像一个立方体一样，由24个相同的蛋白所构建。这种蛋白是多孔的，相比于目前已经创造的组装蛋白，这种蛋白结构具有更大的开口，能够允许其它的大分子蛋白自由出入。

Yeates是本研究的主要作者，自从他在2011年第一次发表了关于自我组装蛋白的研究后，他一直在尝试去构建复杂的能够自我组装的蛋白结构。在2012年，他和同事们用12个蛋白像拼图碎片一样完美的结合在一起，制造了一种能够自我组装的分子笼结构。现在他们已经能够用24个蛋白分子来组装这种结构。目前，他们正在试图去设计一种含有60个蛋白分子的分子笼。总的来说，构建每一个更大的蛋白结构都是一项新的科学挑战。但是，更大尺寸的蛋白结构也代表了具有更大的潜力去装载更大的货物分子。

“原则上来说，这些分子结构能够装载货物分子，随后释放到细胞内部”，Yeates表示。Yeates同时也是美国加州大学洛杉矶分校基因组学和蛋白质组学能源研究部及加州国际纳米技术研究院的成员。但是，这种分子笼可能由于渗透性太强而不能作为一个药物的集装箱。“但是，制作一个更加封闭的笼子的设计原则与我们的研究是相似的”，Yeates表示。他也补充说，他们有方法能够让这种笼子的稳定性减小，当它到达细胞时，它就能够释放货物分子，比如释放能够杀死癌细胞的毒素。Yeates表示，这项研究还能够促进生产合成疫苗，能够模仿细胞应答于病毒感染时的情况。这种疫苗能够引起来自人体免疫系统的强烈应答，相比于传统疫苗来说，可能会提供更好的保护。

目前，Yeates已经开展了下一步的研究。他将会与来自美国国立卫生研究院的结构生物学主任Peter Kwong，试图去将病毒抗原结合到分子笼上。（转化医学网360zhyx.com）

转化医学网推荐原文摘要：

Natural proteins can be versatile building blocks for multimeric, self-assembling structures. Yet, creating protein-based assemblies with specific geometries and chemical properties remains challenging. Highly porous materials represent particularly interesting targets for designed assembly. Here, we utilize a strategy of fusing two natural protein oligomers using a continuous alpha-helical linker to design a novel protein that self assembles into a 750 kDa, 225 Å diameter, cube-shaped cage with large openings into a 130 Å diameter inner cavity. A crystal structure of the cage showed atomic-level agreement with the designed model, while electron microscopy, native mass spectrometry and small angle X-ray scattering revealed alternative assembly forms in solution. These studies show that accurate design of large porous assemblies with specific shapes is feasible, while further specificity improvements will probably require limiting flexibility to select against alternative forms. These results provide a foundation for the design of advanced materials with applications in bionanotechnology, nanomedicine and material sciences.