人人好，今天咱们来了解一项对于卵白质纳米材料遐想的筹议——《Blueprinting extendable nanomaterials with standardized protein blocks》发表于《Nature》。卵白质结构复杂，其拼装体的遐想颇具挑战。但近期的筹议取得了新突破五色影院，通过遐想圭臬化的卵白质模块，如线性、弧线和转角模块等，达成了纳米材料的可扩张性和限定性。这一遵循为构建各式纳米结构提供了可能，如同搭建房屋框架般，具有粗浅且可编程的特质。接下来，咱们将深刻了解这一筹议的具体践诺和蹙迫真义。

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一、序论

卵白质纳米材料的遐想在连年来取得了权贵阐明，但由于卵白质结构的不规则性，遐想复杂的多组分卵白质拼装体仍具有挑战性。本筹议旨在开导一种具有粗浅性和可编程性的材干来遐想可扩张的高阶卵白质纳米材料。

二、遐想旨趣

（一）构建圭臬化的卵白质模块

为了达成这一筹算，咱们遐想了一种名为扭直螺旋近似（THR）的卵白质模块。这些模块由理念念的 α 螺旋组成，具有线性、弧线和转角等不同神色，何况通过特定的非共价相互作用连气儿在沿路。

（二）蓝图遐想类似于构建房屋框架

就像用圭臬化的木建筑块构建房屋框架雷同，咱们不错通过粗浅地检讨和组合这些卵白质模块来构建新的纳米结构。此外，通过改革模块中单体的大小，不错缩放最斥逐构的尺寸，何况不错通过添加格外的扶植元素来增强结构。

三、实验践诺与完了

（一）遐想扭直螺旋近似

线性THR

实验遐想：通过竖立Δθ为零来生成直的线性 THR，分为Δh = 0和Δh≠0两种情况。

实验完了：测试了33种线性THR，其中23种可溶抒发，13种通过尺寸排阻色谱（SEC）分析主要为单体。X射线晶体学和低温电镜（cryo-EM）结构表征标明，达成了遐想的里面结构和合座直线几何神色，如THR1、THR2、THR3、THR5和THR6的骨架均方根偏差（RMSDs）较小，且连气儿近似的相对旋转接近零。对于Δh≠0的情况，如THR4的cryo-EM 结构与遐想模子确凿调换。

转角模块

实验遐想：通过遐想格外的螺旋cₒ来生成转角模块，可产生360 /n的旋转，其中n为 3、4、5或6。

实验完了：n=3和n=4的遐想通过负染电镜（ns-EM）2D类平均了了地夸耀出遐想的神色，n=5和n=6的遐想在使用强化角后也取得了预期的多边形结构。

弧线 THR

实验遐想：通过在近似元素之间引入相移（Δθ）来生成弧线THR，遴荐Δθ为360°的因数，以生成闭环。通过完了Δθ和近似之间的距离d来完了闭环的大小，使用每个近似单位包含四个螺旋来获取庸俗的d参数值。

实验完了：遐想了外径从9到22 nm的12、18、20和30近似的环，ns-EM表征夸耀这些环具有很少的颓势或替代结构，二维类平均标明遐想尺寸接近预期。举例，12近似环的溶剂显现螺旋在环外了了可见，18、20和30近似环造成了相当单散播的环状结构。

扶植结构测试

实验遐想：构建齐心环组件，举例将20近似环的2个近似单位与30近似环的3个近似单位组合，通过线性THR连气儿内环和外环。

实验完了：ns-EM二维类平均夸耀出两个环显然存在，如C₁₀齐心环组件和C₆双组分环组件的cryo-EM重建与遐想模子相当接近。

（二）可扩张纳米材料

可扩张轮回组件

实验遐想：将线性THR扬弃在特定位置，使轮回组件可扩张，对于由转角模块或异二聚体构建的轮回遐想，添加或去除近似单位可改革寡聚体角落的长度，而不影响单体间的界面。

实验完了：以C₄“正方形”（sC4）寡聚体为例，通过在线性THR部分插入格外的近似单位，cryo-EM 2D类平均夸耀出结构的扩张且螺旋仍保握与z轴对皆。

具有多面体纳米笼对称性的结构

实验遐想：遐想平面外相互作用，构建由弧线THR环和线性臂组成的纳米笼。使用12 近似的环（R12B）构建平面轮回组件，把柄多面体对称性将12近似分为3或4个亚基，并在每个亚基上交融线性THR臂，使其指向外并与径向向量平行。通过引入相宜的C₂接口构建四面体（T₃）、八面体（O₃）、立方体（O₄）和二十面体（I₃）等结构。

实验完了：取得了13种纳米笼遐想的合成基因，其中10种可溶抒发，8种通过ns-EM 夸耀出预期的颗粒大小，7种具有与遐想模子相似的2D类平均和对称3D重建。举例，立方笼（cage_O4_34）的7.5-Å cryo-EM重建和实验模子与遐想模子相当接近，四面体笼（cage_T3_101）的4.0-Å cryo-EM重建也与遐想模子相似。通过增多线性臂的近似单位数目，可达确立方遐想在三维的扩张，不同尺寸的笼在 ns-EM 2D类平均和3D重建中均夸耀出预期的结构变化。

无界结构

实验遐想：构建具有合座火车轨说念神色的反平行组件，“铁轨” 为线性THR（uncapped），C₂“系带” 通过分支接口连气儿在铁轨两侧，将其组织成扶植的反平行对。通过在铁轨和系带上添加近似单位来改革轨说念的间距和差异距离。

实验完了：对于四种组件大小的组合，ns-EM 2D类平均与遐想模子一致。火车轨说念组件对交融在铁轨终端和里面环的mScarlet-i和ties上的sfGFP具有清静性。

四、筹议与预测

（一）异日发展主义

构建异二聚体和异三聚体界面，冲突对称性，达成猖狂纳米结构的拼装，取得更庸俗的不合称纳米结构。

通过缓缓固相拼装和交联来克服自拼装中组件增多导致的产率下跌问题，基于粗浅几何草图遐想更庸俗的卵白质纳米材料。

（二）愚弄远景

遐想的生物矿化系统：THR单体可呈现出规则胪列的羧酸盐基团，用于碳酸盐的矿化造成方解石，可扩张的THR系统可提供通往分级卵白质-矿物杂化材料的路线。

参考文件：

Huddy TF五色影院， et al. Blueprinting extendable nanomaterials with standardized protein blocks. Nature. 2024 Mar;627(8005):898-904.