機能的な3DDNA-PNA-タンパク質複合体の低温組立

Justin D Flory¹, Chad R Simmons, Su Lin

¹Department of Chemistry and Biochemistry, ‡Center for Bio-Inspired Solar Fuel Production, and §Biodesign Institute, Arizona State University , Tempe, Arizona 85287, United States.

Journal of the American Chemical Society

|May 30, 2014

まとめ

この研究では,機能性タンパク質を3DDNAナノケージに組み込むためのペプチド核酸 (PNA) が導入されています. この方法は,制御されたタンパク質の相互作用と,生物学的研究のための複雑なタンパク質の組み立ての設計を可能にします.

科学分野:

バイオケミストリーバイオケミストリー
ナノテクノロジーナノテクノロジー
分子生物学は分子生物学である.

背景:

生物学的システム内のタンパク質の相互作用を調査することは,極めて重要ですが,挑戦的です.
DNAナノ構造は分子を組織するためのプラットフォームを提供しますが,3Dで柔軟なタンパク質の配置が必要です.
ペプチド核酸 (PNA) は,DNAナノ構造とタンパク質の間のギャップを埋めることができます.

研究の目的:

PNAを使用した3DDNAナノケージに機能性タンパク質を組み立てるための柔軟な方法を開発する.
タンパク質表面電荷がDNAナノケージとの相互作用に及ぼす影響を調査する.
タンパク質の機能を維持し,エンジニアリングされたタンパク質複合体を探索するために.

主な方法:

タンパク質結合と3DDNAナノケージへの組み立てのためにペプチド核酸 (PNA) を利用しました.
PNA-タンパク質結合体を浄化するために使用されている,トホールド媒介のDNA鎖の移位.
タンパク質とDNAの相互作用を分析するために,ゲル電泳と光スペクトロスコピーを適用しました.

主要な成果:

サイトクロームcとアズーリンのタンパク質を3DDNAナノケージに分け,タンパク質の機能を保ちました.
DNAナノケージ内のPNAタンパク質の急速な組み立てが,室温と11°Cで実証された.
充電依存の振る舞いを示すモデル化された相互作用:陽性電荷のシトクロームcはDNAナノケージと相互作用し,陰性電荷のアズーリンは反発する.

結論:

PNA-DNAナノ構造は,機能性タンパク質の制御された組み立てのための柔軟なアプローチを提供します.
この方法は,タンパク質の相互作用の研究と複雑な3Dタンパク質構造の設計を容易にする.
この発見は,新しいタンパク質ベースのナノマテリアルを作成し,制御された環境でタンパク質の行動を研究するための道を開きます.

さらに関連する動画

16:24

Analyzing and Building Nucleic Acid Structures with 3DNA

Published on: April 26, 2013

20.3K

10:23

Self-assembly of Complex Two-dimensional Shapes from Single-stranded DNA Tiles

Published on: May 8, 2015

10.9K

関連する概念動画

02:41

Protein Complex Assembly

12.5K

Proteins can form homomeric complexes with another unit of the same protein or heteromeric complexes with different types. Most protein complexes self-assemble spontaneously via ordered pathways, while some proteins need assembly factors that guide their proper assembly. Despite the crowded intracellular environment, proteins usually interact with their correct partners and form functional complexes.
Many viruses self-assemble into a fully functional unit using the infected host cell to...

12.5K

02:41

Protein Complex Assembly

1.6K

01:25

Nucleic Acid Structure

8.1K

The pentose sugar in DNA is deoxyribose, while in RNA the pentose sugar is ribose. The difference between the sugars is the presence of the hydroxyl group on the ribose's second carbon and a hydrogen on the deoxyribose's second carbon. The phosphate residue attaches to the hydroxyl group of the 5′ carbon of one sugar and the hydroxyl group of the 3′ carbon of the sugar of the next nucleotide, which forms a 5′ to 3′ phosphodiester linkage.
DNA Structure
DNA...

8.1K

01:19

The Nucleosome

3.9K

Human DNA is almost two meters long. However, it is compressed inside a tiny nucleus measuring only a few microns in diameter. To make this degree of compaction possible, DNA is organized into several sequential levels so that it can fit into such a tiny space. The most compact form of DNA is a chromosome that can be seen under a microscope in a dividing cell.
In a chromosome, DNA is wound twice around a protein complex called a histone octamer core, which consists of 8 histone proteins. This...

3.9K

02:33

The Nucleosome

15.0K

DNA in a human cell is almost 2m long and it is packed inside a tiny nucleus that is only a few microns in diameter. The level of compaction of DNA inside the nucleus is astonishing. It is organized into several sequentially higher levels of compaction to fit into such a tiny space. The most compact form of DNA is a chromosome that can be seen under a microscope in a dividing cell.
DNA is wound twice around a protein complex called histone core, that consist of 8 histone proteins. This complex...

DNA Packaging