Биомолекулы на спицах
Из ДНК и белков научились плести клубки и нити
Биоинженеры из Калифорнийского технологического института (Калтеха) научились создавать из ДНК и специальных белков нековалентные комплексы в виде нитей и клубков. Управлять типом образующихся комплексов можно за счет изменения последовательности ДНК. Работа опубликована в Nature (Mou et al., Computational design of co-assembling protein–DNA nanowires).
И нити, и клубки состоят из двух компонент: коротких двухцепочечных ДНК и белков, которые их связывают друг с другом. Это связывание, хотя и довольно прочное, все же не ковалентное, то есть не подразумевает образования новых химических связей. Белки закрепляются на ДНК посредством водородных связей – точно таких же, как это происходит при связывании ДНК природными белками, например, транскрипционными факторами (это белки, которые управляют работой генов, активируя синтез РНК на матрице ДНК).
Белок, который авторы использовали для создания нитей, является, собственно, модификацией одного из природных белков. Речь идет об одном из транскрипционных факторов, впервые обнаруженных в дрозофиле и управляющих эмбриональным развитием (engrailed homeodomain, ENH).
В ходе модификации авторы статьи провели компьютерное моделирование взаимодействия двух молекул этого белка с образованием димера типа «голова к голове». Молекулярный докинг позволил выявить те аминокислоты, которые обеспечивают максимально сильное взаимодействие «голов» двух молекул друг с другом, но при этом не мешают работе связывающих ДНК природных «хвостов».
После того, как компьютерный «дизайн» молекул был завершен, белки синтезировали в рекомбинантной системе, выделяли и использовали для образования комплексов с ДНК. Результат исследовали с помощью флюоресцентной и атомно-силовой микроскопии, а также рентгеновского анализа.
Синтетический белок действительно оказался способен формировать протяженные нити или клубки; что именно при этом получалось, зависело от расположения сайтов посадки белка на использованных фрагментах ДНК. Поскольку химический синтез коротких ДНК произвольной последовательности в наше время очень дешев, управлять типом ДНК-белковых полимеров несложно.
Принцип связывания ДНК и белковых димеров в цепочке.
Изображение из статьи в Nature.
Авторы работы рассматривают новую систему как еще один инструмент для создания биосовместимых наноустройств – наряду с многочисленными версиями технологии ДНК-оригами.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
07.09.2015