人工细胞膜通道可以打开和锁键
正如国家进口大量的跨国界的消费品,所以活细胞是参与一个活跃的进出口业务。他们的入境口岸的复杂的传输通道嵌入在细胞的保护膜。调节什么样的货物可以通过细胞的两层膜形成的边界是正常运转和生存所必需的。
在新的研究中,亚利桑那州立大学教授郝严,连同ASU同事和来自伦敦大学学院的国际合作者描述人工膜通道的设计与施工,工程使用短的DNA片段。DNA结构行为的方式自然细胞通道或毛孔,提供选择性离子的运输,蛋白质,和其他货物,天然同行的增强功能不可用。
这些创新的DNA纳米通道总有一天会被应用在不同的科学领域,从若和药物传输应用程序创建人工细胞网络能够自动采集、集中、存储、和微观货物交付。
“许多生物毛孔和通道是可逆性的,允许离子或分子通过,“燕说。这里我们效仿这些自然过程工程师DNA纳米孔,可以锁定,在应对外部“关键”或“锁”分子。”
严教授是弥尔顿·格里克在化学和生物化学亚利桑那州立大学特聘教授和指导生物设计中心的分子设计和仿生学。他也是一个与亚利桑那州立大学的教授分子科学学院。
该研究结果发表在最新一期的杂志上自然通讯。
所有活细胞都笼罩在一种独特的生物结构、细胞膜。科学术语等细胞膜磷脂双分子层,即细胞膜是由磷酸分子连接到脂肪或脂质成分形成一个膜内外层,(见图1)。
这些内在和外膜层有点像一个房间的内部和外墙。但与正常的墙壁,内外表面之间的空间是液体,像大海。此外,细胞膜是半透,允许指定的货物进入或退出细胞。此类运输通常发生在过境货物将与另一个分子,改变信道的动态结构,允许进入细胞,有点像巴拿马运河的开通。
透细胞膜是必要的保护敏感成分以外的细胞从一个充满敌意的环境中,同时允许离子的运输营养物质,蛋白质和其他重要的生物分子。
研究人员,包括燕,探索创建综合选择性膜通道的可能性,使用一种称为DNA纳米技术的技术。的基本思想很简单。的双股DNA的遗传蓝图所有生物体通过分子的碱基配对在一起的4个核苷酸,贴上,T, C和g .应用一个简单的规则,即核苷酸总是与T、C与g .因此,DNA片段与CAAGAGC ATTCTCG将形成一个互补链。
DNA的碱基配对允许合成建设几乎无限的数组或2 -和3 - d纳米结构。一次精心设计的结构,通常在计算机的帮助下,DNA片段可以混合在一起,并将在溶液中自组装成所需的形式。
创建半透通道使用DNA纳米技术,然而,被证明是一个棘手的挑战。传统的技术未能复制了大自然膜通道的结构和能力和人造DNA纳米孔一般只允许单向运输货物。
这项新研究描述了一个创新的方法,允许研究人员设计和构建一个合成膜通道的孔隙大小允许货物超过自然细胞的运输渠道。不同于以往的努力创建DNA纳米孔膜上,新技术构建通道结构循序渐进,通过装配组件DNA水平段的膜,而不是垂直。纳米孔的方法允许建设与更广泛的机会,允许更大范围的生物分子的运输。
此外,DNA设计允许选择性地开启和关闭通道的铰链盖,配有钥匙和锁机制。“钥匙”由sequence-specific DNA链结合频道的盖子和触发打开或关闭。
在一系列的实验中,研究人员证明DNA的能力大小不同的频道成功运输货物,从微小的染料分子折叠蛋白质结构,一些比自然膜的孔隙尺寸通道。
研究人员利用原子力显微镜和透射电子显微镜来可视化结果结构,确认它们符合最初的设计规格的纳米结构。
荧光染料分子被用来验证DNA渠道成功穿刺和插入自己通过细胞的脂质双分子层,成功地提供运输分子选择性条目。1小时内进行运输操作通道形成,显著提高前DNA纳米孔,通常需要5 - 8小时完成生物分子过境。
DNA纳米通道可用于捕获和研究蛋白质和仔细检查他们的交互与生物分子结合或学习的快速和复杂的蛋白质折叠与去折叠。这样的渠道也可以用来产生细粒度的控制生物分子进入细胞,提供有针对性的药物输送的新窗口。许多其他可能的应用程序很可能来自定制设计人工新发现的能力,自我组装的传输通道。
参考:戴伊年代,Dorey,亚伯拉罕L,等。一个可逆的protein-transporting膜通道的DNA。Nat Commun。2022;13:2271。doi:10.1038 / s41467 - 022 - 28522 - 2
本文从以下转载材料。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。
