纳米技术的核心目标是在原子或分子尺度上操纵材料，尤其是构建微观设备或结构。三维笼子是最重要的目标之一，因为它们的简单性和作为药物载体的应用。DNA纳米技术使用DNA分子作为可编程的“Legos”来组装具有其他分子无法控制的结构。
然而，DNA的结构非常简单，缺乏构成大多数天然笼子的蛋白质的多样性，如病毒。不幸的是，用DNA的精确度控制蛋白质组装是非常困难的。也就是说，直到最近。Nicholas Stephanopoulos是亚利桑那州立大学生物设计分子设计与仿生学中心和分子科学学院的助理教授，他的团队通过使用共价蛋白质-DNA结合物构建了一个由蛋白质和DNA构建块构成的笼子。
在ACS Nano发表的一篇论文中，Stephanopoulos修饰了一种同源三聚体蛋白(一种称为KDPG醛缩酶的天然酶)，它具有三个相同的单链DNA柄，通过功能化它们引入蛋白质表面的反应性半胱氨酸残基。这种蛋白质-DNA“Lego”与带有三个互补臂的三角形DNA结构共同组装到手柄上，产生由六个DNA侧面组成的四面体笼，由蛋白质三聚体封端。可以通过每个DNA臂的匝数调节笼的尺寸，并且纯化和表征混合结构以确认三维结构。
还使用点击化学(这是一种定制的化学类型)对DNA进行修饰，以快速创建元素，并且可靠地将微观单元连接在一起，从而证明了该方法的一般性。
“我的实验室的方法将允许构建具有蛋白质和DNA纳米技术优势的纳米材料，并在靶向递送，结构生物学，生物医学和催化材料等领域找到应用，”Stephanopoulos说。
Stephanopoulos和他的团队看到了混合笼子的机会 - 将自组装蛋白质构建块与合成DNA支架合并 - 可以将前者的生物活性和化学多样性与后者的可编程性相结合。这就是他们打算创造的 - 通过化合物结合寡核苷酸(合成DNA链)构建的蛋白质构建块构建的混合结构。带有三个互补的单链DNA手柄的三角形基座通过加热来自行组装和纯化，以改变其性质。
“我们推断，通过设计这两个纯化的构建块，它们将以可编程的方式自发地拼合在一起，使用DNA手柄的识别特性，”Stephanopoulos说。“使用像这种醛缩酶一样的高热稳定蛋白质尤其重要，因为这种自组装仅在55摄氏度下工作，许多蛋白质在这些温度下会分崩离析。”
DNA的另一个优点是蛋白质无法实现，它可以调整笼子大小，而无需重新设计所有组件。Stephanopoulos继续说道，“然后可以通过改变每个DNA边缘的长度来合理调整这个组件的大小，而蛋白质将为小分子的附着，靶向肽甚至融合蛋白提供支架。”
虽然存在杂合结构的其他实例，但这种特定的笼是第一个通过蛋白质构建块上的寡核苷酸柄的化学缀合构建的笼。原则上，该策略可以扩展到多种蛋白质(例如，一些具有癌症靶向能力)。因此，Stephanopoulos的工作有可能实现蛋白质-DNA纳米技术的全新混合领域，并且不能单独使用蛋白质或DNA。
标签：DNA和蛋白质
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