DNA-蛋白质多级可控组装的精确操纵

生物体是一个高度协调统一的精密系统。毫无疑问,在纳米尺度上,生物大分子复合器件构象之复杂,功能设计之精巧,组装自动化程度之高,是现有人工机械装置望尘莫及的。这些复杂精细的生物纳米机器是通过生物分子自下而上组装形成的。蛋白质和核酸是构成生命体结构基础与功能单位的最重要成分,从材料学角度来看,同时也是优秀的分子自组装纳米材料。如果我们充分了解核酸和蛋白质的精细结构与功能之间的联系,在此基础上实现两种组分组装驱动力的精准操控,就可以人工设计和建造新型的超分子材料和生物纳米机器。蛋白质作为生命活动的主要承担者,经过上亿年的进化和选择,产生了结构丰富多样、功能独特的功能模块。相较于蛋白质组装过程中复杂的相互作用,DNA的组装模式更加简单,组装可操作性更高。科学家目前已经利用简单的碱基互补配对原则构建出一系列精致的DNA纳米结构。基于DNA精确定义的编码序列及纳米尺度的规整结构,使其作为基本支架进行功能蛋白的复合组装,可以实现多级组装体的拓扑控制,有助于开发定向运动的智能超分子体系。近年来,DNA-蛋白质复合体的多级可控组装已成为生物纳米技术领域中受关注的新兴研究方向之一。

近日,来自中科院苏州纳米所纳米-生物界面重点实验室王强斌课题组在前期DNA自组装(Small 2013, 9, 2308-2315; Small 2013, 9, 3567-3571; J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11441-11444; J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 457-462;ACS Photonics 2015, 2, 392-397;Adv. Mater. 2016, 28, 10499-10507;J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 1764-1767;Adv. Mater. 2017, 1606533)和蛋白质自组装(Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 4202-4205; J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 20040-20043; Small 2012, 8, 3832-3838; Small 2014, 10, 536-543; Small 2014, 10, 230-245; Small 2015, 11, 2505-2509; Small 2016, 12, 4955-4959; J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 8074-8077;  Nano Lett. 2018, 18, 6563-6569; ACS Nano 2018, 12, 1673-1679.)的基础上,发表了题为“Towards Precise Manipulation of DNA-Protein Hybrid Nanoarchitectures”的综述论文, 对DNA与蛋白质进行复合组装操纵的相关研究做了归纳性总结。文章从蛋白质-DNA交联机制出发,对蛋白质表面实现寡核苷酸链位点特异性修饰的策略进行了概述,介绍了不同融合标签的使用及特异性交联基序对蛋白质模块的影响。其次,该文章从多种策略,包括定点交联锚定、空间限域、亲疏水性控制、结构域特异性相互作用等途径,探讨了如何利用DNA支架的可编程性进行蛋白质功能模块的位点特异性精确操纵并进一步实现其取向控制。并且,作者展示了DNA-蛋白质组装体从简单有序排布到复合机器的相应构建过程。最后,文章特别对DNA-蛋白质共组装模式进行了总结和展望。研究人员相信,实现DNA-蛋白质杂合体的精确组装调控将为合成新颖的生物兼容性纳米机器人提供了良好的机会,并对生物体内单分子尺度上的相互作用研究提供新的研究策略。

相关文章在线发表于Small (DOI: 10.1002/smll.201804044)上。

Speak Your Mind

*