网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

Nature | 伪对称蛋白纳米笼的分层设计——成功设计出直高达96纳米的伪对称二十面体蛋白质笼

0
分享至

撰文 | 染色体

自组装蛋白质复合物是生命系统中的重要结构,广泛应用于药物递送和疫苗开发【1】。然而,自然组件的局限性使得这些复合物的尺寸和复杂性受到限制,最大的复合物通常仅包含120个亚基【2】。为了突破这一限制,设计打破对称性的策略成为关键。这种策略能够构建更复杂的蛋白质纳米材料,显著提升其在药物和疫苗领域的应用潜力【3】

2024年12月18日,来自美国华盛顿大学蛋白质设计研究所的Neil P. King团队在Nature期刊发表题为Hierarchical design of pseudosymmetric protein nanocages(伪对称蛋白纳米笼的分层设计) 的文章。研究人员开发了一种分层计算方法,成功设计出直径达49至96纳米的伪对称二十面体蛋白质笼,包含240、540和960个亚基,创下了计算设计蛋白质组装体的新规模,极大拓展了自组装蛋白质结构的设计多样性。

形成更大、更复杂蛋白质组合的路径主要包括四种方式:使用更大的亚基、设计不对称相互作用、利用准等效原理以及应用伪对称性。其中,伪对称性通过在结构上相似但功能不同的亚基或结构域组合,有效突破对称性限制,生成更复杂的组件。这种方法在病毒衣壳结构中常见,例如伪对称三聚体可以形成六边形晶格并构建大规模二十面体结构【4】。分层设计策略则进一步优化了这一过程,通过先设计伪对称低聚物,再将其用于更大组件的构建,既降低了设计复杂性,又提高了成功率,为开发大尺寸、复杂笼状蛋白质纳米材料提供了新思路。

伪对称异质三聚体的设计

研究人员以超嗜热细菌Thermotoga maritima的同型三聚醛缩酶 (PDB ID: 1WA3) 为基础,设计了伪对称异质三聚体。他们利用Rosetta和生物信息学方法,通过引入破坏性和补偿性突变,打破同型三聚结构并恢复伪对称异质三聚体的稳定性。之后,研究人员首先尝试生成ABC异源三聚体。然而,实验中主要形成的是混合三聚体ABB和AAB。尽管未完全达到理想的三亚基结构,但生成的异三聚体仍表现出伪对称特性,并被成功应用于更大规模的伪对称材料设计中。研究人员通过与先前设计的I53-50五聚体混合,组装并纯化了异质三聚体纳米笼,验证其主链对称性和自组装能力。负染色电镜分析显示,这些纳米笼具有I53-50的已知形态,表明其具备设计更复杂伪对称结构的潜力。

可扩展伪对称纳米笼的设计与验证

进一步研究中,研究人员以先前设计的 I3-01 单组分纳米笼为基础,设计了包含240个亚基的伪对称纳米笼 GI4-F7。该纳米笼通过特定突变和三聚体组装,展现出与设计模型高度一致的结构精确性。令人意外的是,研究人员还发现了一种新的540亚基纳米笼 GI9-F7,其复杂伪对称和准对称特性进一步扩展了设计的可能性。通过冷冻电镜分析,研究人员验证了这些纳米笼的结构与功能,并在其表面加载 SARS-CoV-2 刺突蛋白的受体结合域 (RBD) ,证明其显著增强了B细胞的激活能力,展示出伪对称纳米笼作为疫苗载体的巨大潜力。此外,研究人员还探索了更大规模的纳米笼设计,成功生成包含960个亚基的伪对称纳米笼 GI16-F7。实验验证了其结构与模型的高度吻合,并通过调整三聚体比例实现了对纳米笼尺寸的精确控制。这一成果表明,伪对称设计方法不仅能够构建不同规模的纳米笼,还为基因治疗载体和疫苗支架的开发开辟了新的可能性。

综上所述,该研究采用分层设计策略,成功构建了多种伪对称蛋白质纳米笼,打破了传统对称性设计的局限,显著拓展了自组装蛋白质结构的多样性,为纳米材料的开发提供了新的视野。

https://doi.org/10.1038/s41586-024-08360-6

制版人:十一

参考文献

1. Douglas, T. & Young, M. Viruses: making friends with old foes.Science312, 873-875 (2006).

2. Bale, J. B. et al. Accurate design of megadalton-scale two-component icosahedral protein complexes.Science353, 389-394 (2016).

3. King, N. P. & Lai, Y.-T. Practical approaches to designing novel protein assemblies.Curr.Opin. Struct. Biol.23, 632-638 (2013).

4. De Colibus, L. et al. Assembly of complex viruses exemplified by a halophilic euryarchaeal virus.Nat. Commun.10, 1456 (2019).

BioART战略合作伙伴

(*排名不分先后)

BioART友情合作伙伴

(*排名不分先后)

转载须知

【原创文章】BioArt原创文章,欢迎个人转发分享,未经允许禁止转载,所刊登的所有作品的著作权均为BioArt所拥有。BioArt保留所有法定权利,违者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

会议资讯

近期直播推荐

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
算盘打得太响了!租客两娃,老大刚用完学位就退租,深圳房东发帖哭诉,能阻止老二继续占用学位吗

算盘打得太响了!租客两娃,老大刚用完学位就退租,深圳房东发帖哭诉,能阻止老二继续占用学位吗

火山詩话
2026-09-07 06:22:08
赛车爆炸!上海救援人员扔灭火器跑+救护车司机睡着 仲裁笑着甩锅

赛车爆炸!上海救援人员扔灭火器跑+救护车司机睡着 仲裁笑着甩锅

念洲
2026-09-06 17:02:13
多地严查赵一鸣、好想来!

多地严查赵一鸣、好想来!

江南晚报
2026-09-06 11:29:05
景甜的三个男人

景甜的三个男人

刘空青
2026-08-28 12:30:29
多地严查赵一鸣、好想来……

多地严查赵一鸣、好想来……

中吴网
2026-09-06 09:46:34
为什么赛车手敢去救人,救援人员却丢下灭火器逃离?

为什么赛车手敢去救人,救援人员却丢下灭火器逃离?

火山口的普林尼
2026-09-06 23:37:56
越扒越可怕!安大副校长付磊20年前黑历史曝光:本性从来没变过

越扒越可怕!安大副校长付磊20年前黑历史曝光:本性从来没变过

王姐懒人家常菜
2026-09-07 02:32:04
尼泊尔泥石流再现生命奇迹!灾后第11天,64岁老妇人获救,泥石流当天她连同四层楼房被冲出50米远,被找到时家人正为她举办葬礼

尼泊尔泥石流再现生命奇迹!灾后第11天,64岁老妇人获救,泥石流当天她连同四层楼房被冲出50米远,被找到时家人正为她举办葬礼

每日经济新闻
2026-09-06 19:05:25
CHINA GT发生重大撞车起火事故,“救援人员因害怕,放下灭火器后逃离”,对手弃赛冲入火海救人

CHINA GT发生重大撞车起火事故,“救援人员因害怕,放下灭火器后逃离”,对手弃赛冲入火海救人

澎湃新闻
2026-09-06 16:54:03
世界排名更新!塞尔比直逼赵心童,新科冠军飙升9位丁俊晖保住前16

世界排名更新!塞尔比直逼赵心童,新科冠军飙升9位丁俊晖保住前16

世界体坛观察家
2026-09-07 06:07:21
终于赢了,中国女篮基本出线了,最差球员浮出水面,没想到是她

终于赢了,中国女篮基本出线了,最差球员浮出水面,没想到是她

南海浪花
2026-09-06 22:49:53
中国女篮:杨舒予18分加时险胜,韩旭22+14,队长被弃用

中国女篮:杨舒予18分加时险胜,韩旭22+14,队长被弃用

体娱荒原
2026-09-06 22:32:53
F1意大利站正赛:安东内利第19起步夺冠,勒克莱尔退赛

F1意大利站正赛:安东内利第19起步夺冠,勒克莱尔退赛

懂球帝
2026-09-06 23:05:56
财政部将向中国人寿集团、中国太平分别注资350亿元、70亿元,中国人保拟募资不超过150亿元

财政部将向中国人寿集团、中国太平分别注资350亿元、70亿元,中国人保拟募资不超过150亿元

第一财经资讯
2026-09-06 17:39:27
5-2!西甲黑马开局4轮不败轰10球 力压皇马升次席 61岁申花弃帅封神

5-2!西甲黑马开局4轮不败轰10球 力压皇马升次席 61岁申花弃帅封神

我爱英超
2026-09-07 03:12:05
抵制英语的舆论狂欢,正在批量养出傲慢又无知的当代井底之蛙

抵制英语的舆论狂欢,正在批量养出傲慢又无知的当代井底之蛙

浪子的烟火人间
2026-09-05 23:01:23
国家免费电视信号已开放,简单调试即可观看无需额外付费

国家免费电视信号已开放,简单调试即可观看无需额外付费

小柱解说游戏
2026-09-07 00:16:28
美网出局后她拿球拍砸头,记者:体育里没任何东西值得这样

美网出局后她拿球拍砸头,记者:体育里没任何东西值得这样

绿茵狂热者
2026-09-06 05:45:12
泰国官员登上“林肯”号航母​,合影中F35C简直锈成废铁

泰国官员登上“林肯”号航母​,合影中F35C简直锈成废铁

三叔的装备空间
2026-09-06 23:11:17
大瓜?网传梁宏达也移民了,将在9月15日顺利离境

大瓜?网传梁宏达也移民了,将在9月15日顺利离境

小徐讲八卦
2026-09-06 13:06:15
2026-09-07 07:24:49
BioArt incentive-icons
BioArt
探索生物艺术之奥秘
11049文章数 18540关注度
往期回顾 全部

科技要闻

DeepSeek被曝将采购16万颗华为昇腾950DT

头条要闻

CHINA GT发生重大撞车起火事故 救援人员因为害怕逃离

头条要闻

CHINA GT发生重大撞车起火事故 救援人员因为害怕逃离

体育要闻

3.9秒绝平!杨舒予18+5成女篮救世主

娱乐要闻

杨紫获白玉兰影后!爸爸:累了就回家

财经要闻

亏损高达200亿,昔日彩电霸主走下巅峰!

汽车要闻

带升降立标MPV 岚图梦想家9预售价42.99万起

态度原创

艺术
旅游
时尚
游戏
数码

艺术要闻

毛泽东写《兰亭序》,史上最霸气版本!

旅游要闻

浙江绍兴葫芦娃爷爷,游客太多影响休息:狠心剪掉7个葫芦娃

金秋最流行的鞋子,“红色”更时髦!

《英雄联盟》海斗大赛四强XBDJ访谈:海斗运气很重要"/> 主站 商城 论坛 自运营 登录 注册 简体中文 简体中文 English 《英雄联盟》海...

数码要闻

科沃斯IFA放大招!家用机器人矩阵刷屏欧洲

无障碍浏览 进入关怀版