蛋白質納米結構因其大小均一,、組裝可控、易于改造和大量制備等特性受到了越來越多的關注,。作為典型代表,，蛋白質納米殼（例如病毒納米顆粒、鐵蛋白,、熱休克蛋白等）具有空心對稱結構,，在納米材料合成、納米顆粒排布,、納米器件組裝,、生物活性分子可控輸送等方面已顯現(xiàn)出誘人的應用價值。打破蛋白納米殼表面的對稱性,、實現(xiàn)其表面單功能化,，將使蛋白質納米殼指導的納米基元組裝的精確拓撲控制以及納米尺度物體相互作用的定量研究成為可能。
最近,，中科院蘇州納米技術與納米仿生研究所王強斌課題組與武漢病毒研究所納米生物學實驗室合作,，在“病毒納米顆粒指導的三維離散納米結構的可控制備策略”（Angew. Chem. Int. Ed., 2011. 50: 4202）基礎上，發(fā)展了一種對蛋白質納米殼結構表面高效單功能化的策略,，從而實現(xiàn)了對離散納米結構組裝的更精細調控,。他們以“SV40病毒主要衣殼蛋白VP1包裝量子點形成雜化病毒納米顆粒”這一體系為模型，闡明了該策略,。
圖1. 單功能化病毒納米顆粒的構建策略示意圖
圖2. 單功能化病毒納米顆粒（A）及其指導的AuNP/QD組裝體（B）的TEM照片
研究人員通過基因工程手段,，在組裝單元VP1五聚體表面同時引入半胱氨酸和組氨酸標簽，分別作為功能模塊和純化模塊,。功能VP1五聚體與非功能（野生型）VP1五聚體在一定優(yōu)化比例下混合組裝（圖1,，步驟1）；借助功能VP1五聚體表面的組氨酸標簽,，通過鎳柱親和層析可以方便地將單功能化的病毒納米顆粒純化出來（圖1,，步驟2）,。金納米顆粒結合實驗進一步證實了所構建病毒納米顆粒的單功能性，也表明這種蛋白質納米殼結構可以作為指導金納米顆粒-量子點一對一結構的良好支架（圖1,，步驟3,；圖2）。
該策略可以拓展到其他蛋白質納米結構,，在無機納米顆粒的單功能化,、復合納米結構的設計與構建、單顆粒追蹤,、配體-受體相互作用定量研究,、藥物定向輸送等方面具有重要的應用價值。該工作發(fā)表在《美國化學會志》（J. Am. Chem. Soc.）上,。
此項工作得到中科院“百人計劃”,、先導專項、國家自然科學基金委和科技部等的大力支持,。（生物谷Bioon.com）
DOI: 10.1021/ja207276g
PMC:
PMID:
Monofunctionalization of Protein Nanocages
Feng Li, Yanhua Chen, Huiling Chen, Wei He, Zhi-Ping Zhang, Xian-En Zhang, and Qiangbin Wang
Surface monofunctionalization of protein nanostructures will enable precise topological control over the protein-templated assembly of nanoscale motifs, however, this remains a formidable challenge. Here we demonstrated a novel strategy for this purpose with a protein nanocage, virus-based nanoparticle (VNP) of simian virus 40 as a model system. By simultaneously incorporating a function modality (cysteine) and a purification modality (polyhistidine tag) into the building block (VP1) of VNPs through rational design and genetic engineering, the monofunctionalized cysteine-VNPs are readily obtained through a routine affinity chromatography in virtue of the purification modality of polyhistidine tag, after the coassembly of the functional VP1 and the nonfunctional VP1 at an optimal ratio. This strategy has proved to be highly efficient in constructing monofunctionalized protein nanostructures as highlighted by the monofunctionalized-VNP-guided Au/QD-VNP nanostructures. These nanostructures could be utilized in a wide range of disciplines, including basic biological research, novel nanostructures, and nanodevices fabrication, etc.
