Soixante protéines de fusion d'une protéine pentamérique de type Sm (PDB ID :3BY7) et d'un domaine dimère MyoX-coil (PDB ID :2LW9) s'auto-assemblent en un complexe de nanoparticules protéiques, TIP60 (protéine icosaédrique tronquée composée de protéines de fusion 60-mères). Crédit:Reproduit à partir de la structure poreuse Icosahedral 60-meric de la nanoparticule de protéine supramoléculaire conçue TIP60, Ryoichi Arai et al., Chem. Commun ., 2021, avec l'autorisation de la Royal Society of Chemistry.
Les nanoparticules et les nanocages sont des matériaux attrayants qui peuvent être appliqués dans des agents colorants, catalyseurs, et l'administration de médicaments. Pour une utilisation dans le monde réel, il est nécessaire de produire un grand nombre de nanoparticules de taille et de forme uniformes, mais jusqu'ici, les méthodes de formation de nanoparticules utilisant des métaux ont été largement étudiées, et la formation de nanoparticules avec une certaine forme et taille ont été réalisées. Cependant, il n'est pas facile de créer un groupe de nanoparticules uniformes avec la même structure au niveau atomique.
Un groupe de recherche conjoint dirigé par le professeur agrégé Ryoichi Arai (Institut des sciences biomédicales et Faculté des sciences et technologies textiles, Shinshu University) et le professeur assistant Norifumi Kawakami (Faculté des sciences et technologies, Keio University) a développé une nanoparticule de protéine supramoléculaire uniforme et utile symétriquement auto-assemblée à partir de protéines de fusion d'un domaine protéique pentamère et d'un domaine protéique dimère. Il est possible de modifier la fonctionnalité par mutagenèse site-spécifique ou modification chimique. Cette nanoparticule protéique conçue d'un diamètre d'environ 22 nm a été nommée TIP60 (Truncated Icosahedral Protein composée de protéines de fusion 60-mères) car elle est formée par l'auto-assemblage de protéines de fusion artificielles 60-mères en forme de ballon de football.
Dans la présente étude, le groupe de recherche conjoint a résolu la structure tridimensionnelle détaillée du TIP60 en utilisant la microscopie cryoélectronique à particule unique. Une grande quantité de TIP60 a été exprimée dans E. coli, et un échantillon purifié a été observé dans l'installation de cryomicroscopie électronique exploitée par le laboratoire du professeur Masahide Kikkawa à l'Université de Tokyo. En effectuant une analyse de particule unique basée sur les données d'image obtenues, une carte tridimensionnelle a été reconstruite avec une résolution de 3,3 Å. Il a été révélé que TIP60 forme des nanoparticules sphériques creuses comme prévu et a une structure icosaédrique 60-mères avec 20 pores de type triangulaire avec un bord d'environ 4 nm chacun. En outre, le groupe a élucidé en détail la structure tridimensionnelle caractéristique, tel que le lieur reliant le domaine de formation de pentamère et le domaine de formation de dimère composé d'une hélice a.
Les soixante protéines de fusion d'un domaine pentamère et d'un domaine dimère s'auto-assemblent dans la structure icosaédrique poreuse de la nanoparticule protéique TIP60 d'un diamètre d'environ 22 nm. Crédit :Ryoichi Arai, Université de Shinshu
Lorsqu'un composé à petite molécule est ajouté après avoir modifié chimiquement uniquement la surface extérieure du TIP60 avec un composé à poids moléculaire élevé, le composé à petites molécules pénètre dans la cavité interne et modifie chimiquement la surface interne. En d'autres termes, il a été constaté que la structure poreuse du TIP60 agit comme un filtre par taille moléculaire, et les surfaces externe et interne du TIP60 peuvent être modifiées chimiquement avec différentes molécules de différentes tailles.
À l'avenir, le groupe utilisera des nanoparticules de protéines conçues artificiellement en faisant progresser la conception et la modification fonctionnelle de variantes spécifiques au site basées sur la structure tridimensionnelle de TIP60 élucidée dans cette étude. Il devrait conduire au développement et aux applications dans les domaines de la nanobiotechnologie et des nanomatériaux, comme l'utilisation comme nanocapsule pour un système d'administration de médicament.
La recherche a été publiée dans Communications chimiques .
