Nature | 细胞表面蛋白阵列调控细胞反应

编·译作者 | 王建民

当细胞通过其表面的受体与环境相互作用时，受体可以与激素、神经递质、药物和毒素结合，从而触发细胞内部的信号传递。现在，蛋白质已经被设计成蜂巢结构，可以阻断这些与活细胞的相互作用，而不被活细胞吸收。这些特制的蛋白贴片可以通过结合和封存细胞表面受体来影响细胞信号传导，可能对干细胞研究产生深远的影响，并能开发出旨在调节活体系统行为的新材料。

该研究由华盛顿大学医学院蛋白质设计研究所负责人、生物化学教授David Baker博士和剑桥大学医学研究委员会分子生物学实验室组长Emmanuel Derivery博士的实验室领导。该研究于2021年1月6日发表在《自然》杂志上，论文标题为 "Design of biologically active binary protein 2D materials"。

有序的二维阵列，如S层和设计的类似物已经引起了生物工程学家的兴趣，但除了用柔性连接体形成的单晶格外，它们只是由一个蛋白质组分构成。由两个组件组成的材料具有相当大的潜在优势，用于调节装配动力学和结合更复杂的功能。这里，研究人员描述了一种计算方法，通过设计二面体蛋白构件对之间的刚性接口来生成共同组装的二元层，并使用它来设计p6m晶格。所设计的阵列元件在毫摩尔浓度下是可溶的，但当在纳摩尔浓度下组合时，它们迅速组装成近乎结晶的微米级阵列，在体外和细胞中几乎与计算设计模型相同，而不需要二维支撑。由于该材料是从零开始设计的，组件可以很容易地功能化和它们的对称性重新配置，使配体阵列的形成与可区分的表面，研究人员证明可以推动广泛的受体集群，下游蛋白招募和信号传递。使用原子力显微镜上支持的双层和定量显微镜上的活细胞，表明组装在膜上的阵列具有组件的化学计量和结构类似于体外形成的阵列，因此，研究人员的材料可以施加秩序到基本无序的基质，如细胞膜。与之前表征的细胞表面受体结合组件（如抗体和纳米笼）迅速内吞相比，研究人员发现组装在细胞表面的大阵列以可调整的方式抑制内吞，对延长受体参与和免疫逃避具有潜在的治疗意义。研究人员的工作为合成细胞生物学提供了一个基础，其中多蛋白宏观尺度的材料被设计为调节细胞反应并重塑合成和生活系统。

参考资料

Ben-Sasson, A.J., Watson, J.L., Sheffler, W. et al. Design of biologically active binary protein 2D materials. Nature (2021).

https://doi.org/10.1038/s41586-020-03120-8