【摘要】 在水蛭中，发现lumazine synthase (AaLS)采用由60个相同亚基组成的12个五聚体组成的T = 1二十面体笼[3]。

蛋白质纳米壳最近受到了广泛的应用，从药物输送和化学合成的有限反应空间到高度组织的材料层的创建，都受到了严格的审查。典型的蛋白质纳米壳是病毒的衣壳，但除了病毒之外，现在人们也越来越关注非病毒来源的蛋白质笼。笼只由一种或几种亚基组成，这些亚基可以使用靶向修饰方法进行修饰。

 

许多蛋白质纳米笼的一个关键特征是它们的自组装能力。例如来自Aquifex aeolicus的lumazine合成酶[1]，但它也可以通过蛋白质的计算设计来实现，从而创造出一个人工纳米笼。纳米笼有三个不同的界面;内部、外部和亚单元之间的接口，都可以针对调整。上述计算设计分析特别关注亚基之间的界面以实现自组装。为了提高纳米笼的货物包装能力，可以通过亚基氨基酸的局部突变来改变内部界面。

 

目前研究了两种不同类型的纳米笼。研究的天然纳米笼是来自Aquifex aeolicus（PDB：1HQK）的lumazine合酶，我们测试了其中的野生型和突变的笼状结构[2]。lumazine合成酶是一种发生在不同细菌群中的细菌酶，根据来源生物体的不同，它被观察到具有不同的对称构型。

 

在水蛭中，发现lumazine synthase (AaLS)采用由60个相同亚基组成的12个五聚体组成的T = 1二十面体笼[3]。这种笼状结构由于其高热稳定性而引起了x射线晶体学研究的兴趣。所研究的人工纳米容器是O3-33 (PDB: 3VCD)，它是一种自组装笼，由一种天然非组装蛋白质结构通过引入9个突变来修饰以触发自组装。

 

除了aals野生型(AaLS-wt)外，我们还测试了一种变体AaLS-13，其内表面具有带负电荷的突变。AaLS-13被检测为空状态和带正电的靶蛋白GFP(+36)的负载状态。机械性能通过原子力显微镜(AFM)成像和操作进行测试。各种空的和负载的病毒颗粒已被该技术探测，最近的非病毒笼也进行了研究。

 

Heinze K报告了两种类型的非病毒纳米容器的纳米压痕研究[4]：（i）来自Aquifex aeolicus（AaLS）的lumazine合酶，其自然自组装成二十面体笼，以及（ii）源自计算设计方法的人工蛋白质笼O3-33。测试了旨在提高货物装载能力的颗粒，并比较了这些纳米笼在空载和装载状态下的情况，发现与O3-33颗粒相比，热稳定的AaLS保持架更硬，并且在破碎前抵抗更高的力，但影响AaLS颗粒大小的突变对其结构稳定性有显着影响。此外，研究表明货物包装可以在保持笼子的机械性能的同时进行。

 

1.Zhang X , Konarev P V , Petoukhov M V ,et al.Multiple assembly states of lumazine synthase: a model relating catalytic function and molecular assembly.[J].Journal of Molecular Biology, 2006, 362(4):753-770.

2.Wörsdörfer, B.; Pianowski, Z.; Hilvert, D. Efficient in Vitro Encapsulation of Protein Cargo by an Engineered Protein Container J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 909– 911

3.Zhang, X.; Meining, W.; Fischer, M.; Bacher, A.; Ladenstein, R. X-Ray Structure Analysis and Crystallographic Refinement of Lumazine Synthase from the Hyperthermophile Aquifex aeolicus at 1.6 Å Resolution: Determinants of Thermostability Revealed from Structural Comparisons J. Mol. Biol. 2001, 306, 1099– 1114

4.Heinze K , Sasaki E , King N P ,et al.Protein Nanocontainers from Nonviral Origin: Testing the Mechanics of Artificial and Natural Protein Cages by AFM[J].Journal of Physical Chemistry B, 2016:5945-5952.

 

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