Onkraj dimerizacije: uporaba svežnjev četvernih vijačnic za načrtovane nanostrukture
Do sedaj so znanstveniki za načrtovanje struktur modularnih proteinov, imenovanih proteinski origami, uporabljali komplementarne dimerizacijske module obvitih vijačnic. Raziskovalci Odseka za sintezno biologijo in imunologijo so razširili nabor gradnikov modularnih nanostruktur z uporabo tetramerizacijskih modulov namesto dimerov. Dimerni gradniki so osnovani na parih obvitih vijačnic, medtem ko tetramerne gradnike sestavljajo štiri vijačnice, ki se lahko orientirajo vzporedno ali antiparalelno in se povežejo v snop.
Izkazalo se je, da tetramerni moduli pomembno izboljšajo odpornost proti denaturaciji na stiku med zrakom in vodo, kar je pogost problem pri uporabi krioelektronske mikroskopije. Nov pristop je raziskovalcem omogočil, da so uspešno določili prvo tridimenzionalno strukturo načrtovanega proteina iz svežnjev štirih obvitih vijačnic z uporabo krio-elektronske mikroskopije.
V raziskavi so uporabili različne svežnje štirih vijačnic: naravne in načrtovane; paralelne in antiparalelne. To jim je omogočilo načrtovanje različnih topologij in sestavljanje struktur iz dveh enakih, a pol krajših polipeptidnih verig. Z eksperimentalnimi metodami so potrdili, da se moduli, skladno z dizajnom, sami od sebe zvijejo v tetraedrsko kletko nanometrskih dimenzij. Hkrati so pokazali izjemno stabilnost proteinov in njihovo sposobnost ponovnega zvitja po denaturaciji. Z analizo molekulske dinamike so potrdili, da je tetraedrska struktura stabilna, pri čemer svežnji štirih vijačnic največ prispevajo k stabilnosti celotne strukture.
Raziskava predstavlja pomemben napredek v oblikovanju modularnih nanostruktur na osnovi polipeptidov, ki ne povečujejo le stabilnosti in topološke raznolikosti, temveč omogočajo tudi uspešno uporabo krio-EM za strukturno analizo in imajo zanimiv potencial za različne aplikacije, kot so dostavni sistemi.
V raziskavi so sodelovali sedanji ali nekdanji raziskovalci z Odseka za sintezno biologijo in imunologijo Kemijskega inštituta (Sara Vidmar, Tamara Šmidlehner, Jana Aupič, Žiga Strmšek, Ajasja Ljubetič, Roman Jerala), Univerze v Soochowu (Kitajska), inštituta Human Technopole (Italija) in Inštituta Max Planck (Nemčija).
Članek je bil objavljen v reviji Angewandte Chemie, International Edition (https://doi.org/10.1002/anie.202422075).