Forscher falten ein Protein innerhalb eines Proteins

Anonim

Ein Team der NUS Yong Loo Lin Schule für Medizin (NUS Medicine) hat eine grundlegend neue Art erfunden, rekombinante Proteine ​​zu falten und zu schützen. Diese Protein-in-Protein-Technologie, die aus dem schnell wachsenden Bereich der synthetischen Biologie stammt, kann die funktionellen Proteinausbeuten um das 100-fache verbessern und rekombinante Proteine ​​vor Hitze, aggressiven Chemikalien und Proteolyse schützen.

Die Expression und Stabilisierung von rekombinanten Proteinen ist der Grundstein der biologischen und pharmazeutischen Industrie. Die Kosten und die Komplexität, die mit der Herstellung von schwer zu faltenden rekombinanten Proteinen in einem industriellen Maßstab verbunden sind, sind ein signifikanter limitierender Faktor für ihre Verwendung in klinischen und industriellen Anwendungen.

Die Studie von Dr. Chester Drum, Assistenzprofessorin am Department of Medicine and Biochemistry, NUS Medicine, wurde am 13. November 2017 in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Dr Drum und seine Kollegen entwickelten einen Exoshell mit einem Durchmesser von 12 Nanometern und wickelten ihn um ein Protein von Interesse (POI). Sie zeigten zum ersten Mal, dass diese Technologie verwendet werden kann, um eine Vielzahl von Proteinen in künstlichen Hohlräumen zu falten und zu schützen, die weniger als 1: 10.000 der Breite eines menschlichen Haares betragen.

Die Forscher entwickelten diese Protein-in-Protein-Technologie mit Hilfe von Archaeoglobus fulgidus, einem robusten Bakterium, das natürlicherweise in Hydrothermalquellen vorkommt. Diese hyper-thermophilen Bakterien haben einzigartige Lösungen für die Proteinfaltung und -stabilisierung aufgrund der extremen Umwelt entwickelt, in der sie leben.

Insbesondere verwendeten die Forscher ein Eisen-tragendes Protein mit 24 Untereinheiten in A. fulgidus namens Ferritin, dessen natürliche Funktion darin besteht, Eisen im Blut zu speichern und zu transportieren. Ferritin von A. fulgidus hat zwei einzigartige Eigenschaften: Erstens, vier winzige Poren in seiner Schale bieten kleinen Molekülen Zugang in die Höhle; Zweitens, im Gegensatz zu menschlichem Ferritin, das bei niedrigen Salzkonzentrationen stabil ist, dissoziiert das modifizierte Fergulin von A. fulgidus bei niedrigen Salzkonzentrationen, wodurch der Inhalt des Hohlraums durch einen einfachen pH-Wechsel von 8, 0 auf 5, 8 freigesetzt werden kann. Nach der Dissoziation kann der POI enzymatisch freigesetzt werden.

Um die Vielseitigkeit ihrer Technologie zu demonstrieren, testeten die Forscher ihre Exoshell-Technologie, indem sie eine der 24 Ferritin-Untereinheiten um drei POIs mit verschiedenen Eigenschaften - grün fluoreszierendes Protein, Meerrettich-Peroxidase (HRP) und Renilla-Luciferase - fusionierten.

Die Exoshell trug nicht nur dazu bei, die Erträge aller drei POIs zu erhöhen, die Forscher konnten zusätzlich zu den oxidierenden Bedingungen auch Kofaktoren Häm und Kalzium liefern, um sicherzustellen, dass komplexe POIs wie HRP-Protein sich falten und richtig funktionieren können.

Neben dem korrekten Falten der POIs waren die Exoschellen auch schützend gegen eine breite Palette von Denaturierungsmitteln, einschließlich hochkonzentriertem Trypsin; organische Lösungsmittel wie Acetonitril und Methanol; und Vergällungsmittel wie Harnstoff, Guanidin-Salzsäure und Hitze.

"Wir stellen die Hypothese auf, dass der signifikante Anstieg der funktionellen Proteinausbeute auf der Komplementarität zwischen den negativ geladenen Proteinen und der positiv geladenen inneren Oberfläche der Exoshells beruht. Unsere Ergebnisse unterstreichen das Potenzial hochtechnischer Nanometer-Schalen als ein Werkzeug der synthetischen Biologie zu nennen beeinflussen die Produktion und Stabilität von rekombinanten Proteinen ", sagte Dr. Drum, der auch Kardiologe am National University Hospital und Leiter des Clinical Trial Innovation Lab bei TLGM, A * STAR, ist.

2011 wurde er an die National University of Singapore berufen und erhielt seitdem Mittel von der Singapore MIT Alliance für Forschung und Technologie, National Medical Research Council, Biomedical Research Council, A * STAR und NUS Medicine.

Dr Drums aktuelle Forschung schlägt eine Brücke zwischen grundlegender Biochemie und klinischer Versorgung. Er ist derzeit der Primärermittler bei einem multi-institutionellen, 3.000-Personen-Beobachtungsversuch in Singapur, der untersucht, wie der personalisierte Arzneimittelmetabolismus die Arzneimittelreaktion beeinflusst.

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