在这里,我们提出了一个方案,通过酶形成蛋白质聚合物与受控序列结合蛋白质单体,并将其固定在表面进行单分子力光谱研究。
近年来,化学和生物结合技术发展迅速,使蛋白质聚合物得以形成。然而,受控的蛋白质聚合过程始终是一个挑战。在这里,我们开发了一种酶方法,用于在合理控制的序列中逐步构建聚合蛋白。在这种方法中,蛋白质单体的C端是NGL用于蛋白质结合使用OaAEP1 (奥德兰尼亚亲基苯甲酰二甲苯肽酶) 1),而N端是一个可夹紧的TEV(烟草蚀刻病毒)裂解位点加L(ENLYFQ/GL)用于临时N端保护。因此,OaAEP1一次只能添加一个蛋白质单体,然后TEV蛋白酶在Q和G之间将N-终点板分刻,以暴露NH 2-Gly-Leu。然后,该装置已准备好进行下一次 OaAEP1 结扎。工程多蛋白通过展开单个蛋白质域使用原子力显微镜为基础的单分子力光谱(AFM-SMFS)进行检查。因此,本研究为多蛋白工程和固定化提供了一个有用的策略。
与合成聚合物相比,天然多域蛋白具有统一的结构,具有控制良好的数量和子域1的类型。此功能通常导致改善生物功能和稳定性2,3。许多方法,如基于半胱氨酸的二硫化物结合和重组DNA技术,已经开发用于建立这种聚合蛋白与多个领域4,5,6,7。然而,前一种方法总是导致一个随机和不受控制的序列,而后者会导致其他问题,包括有毒和大型蛋白质的过度表达和复合蛋白与辅因子和其他微妙酶的纯化的困难。
为了迎接这一挑战,我们开发了一种酶法,利用蛋白胶合OaAEP1与蛋白酶TEV8、9相结合,将蛋白质单体结合在一起,以循序渐进的方式用于聚合物/多蛋白。OaAEP1是一种严格而高效的内肽酶。如果N-终点为Gly-Leu残留物(GL),则两种蛋白质可于30分钟内通过OaAEP1通过两个终点线(NGL)进行共价连接,而C-终点为NGL残留物10。然而,使用OaAEP1只将蛋白质单体与蛋白质聚合物联系起来,其序列与基于半胱氨酸的耦合方法一样不受控制。因此,我们设计了具有可移动TEV蛋白酶位点的蛋白质单元的N-终点,以及作为ENLYFQ/G-L-POI的亮氨酸残留物。在 TEV 裂解之前,N 终端不会参与 OaAEP1 连接。然后,N-总站的GL残留物,与进一步的OaAEP1结扎兼容,在TEV裂解后暴露。因此,我们实现了多蛋白的连续酶生物合成方法,序列控制相对较好。
在这里,我们的分步酶合成方法可用于多蛋白样品制备,包括序列控制和不受控制,以及蛋白质固定用于单分子研究,特别是对于复杂系统,如金属蛋白。
此外,基于AFM的SMFS实验使我们能够确认蛋白质聚合物在单分子水平上的结构和稳定性。单分子力光谱,包括AFM,光学钳子和磁钳,是纳米技术中一般工具,以机械方式操纵生物分子,测量其稳定性11,12,13,14,15,16,17,18,19,20。单分子AFM已广泛应用于蛋白质(非)折叠21,22,23,24,25,受体-配体相互作用的强度测量26,27,28,29,30,31,32,33,34, 35,无机化学键20,36,37,38,39,40,41,42,43和金属配体键在金属蛋白44,45,46,47,48,49,50.在这里,使用单分子AFM验证基于相应蛋白质展开信号的合成多蛋白序列。
我们描述了一种酶生物合成和多蛋白固定化方案,并验证了基于AFM的SMFS的多蛋白设计。这种方法提供了一种新方法,以设计的顺序构建蛋白质聚合物,补充了以前多蛋白工程和固定4、6、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61的方法。</su…
The authors have nothing to disclose.
这项工作得到了国家自然科学基金(授权号21771103,21977047),江苏省自然科学基金(授权号21771103)的支持。BK20160639)和江苏省双川计划。
iron (III) chloride hexahydrate | Energy chemical | 99% | |
Zinc chloride | Alfa Aesar | 100.00% | |
calcium chloride hydrate | Alfa Aesar | 99.9965% crystalline aggregate | |
L-Ascorbic Acid | Sigma Life Science | Bio Xtra, ≥99.0%, crystalline | |
(3-Aminopropyl) triethoxysilane | Sigma-Aldrich | ≥99% | |
sulfosuccinimidyl 4-(N-maleimidomethyl) cyclohexane-1-carboxylate | Thermo Scientific | 90% | |
Glycerol | Macklin | 99% | |
5,5'-dithiobis(2-nitrobenzoic acid) | Alfa Aesar | ||
Genes | Genscript | ||
Equipment | |||
Nanowizard 4 AFM | JPK Germany | ||
MLCT cantilever | Bruker Corp | ||
Mono Q 5/50 GL | GE Healthcare | ||
AKTA FPLC system | GE Healthcare | ||
Glass coverslip | Sail Brand | ||
Nanodrop 2000 | Thermo Scientific | ||
Avanti JXN-30 Centrifuge | Beckman Coulter | ||
Gel Image System | Tanon |