應(yīng)用QCM-D揭示靜電-疏水協(xié)同納米伴侶增強(qiáng)蛋白質(zhì)折疊調(diào)控
用戶(hù)成果｜中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院黃帆/南開(kāi)大學(xué)史林啟團(tuán)隊(duì)JACS：應(yīng)用QCM-D揭示靜電-疏水協(xié)同納米伴侶增強(qiáng)蛋白質(zhì)折疊調(diào)控
背景知識(shí)
蛋白質(zhì)的正確折疊是維持其結(jié)構(gòu)與功能的核心過(guò)程，但折疊過(guò)程中易發(fā)生錯(cuò)誤，導(dǎo)致聚集或功能喪失。分子伴侶（如天然Spy蛋白）通過(guò)靜電吸引和疏水作用協(xié)同調(diào)控蛋白質(zhì)折疊，但其應(yīng)用受限于電荷單一性、結(jié)構(gòu)脆弱性及環(huán)境敏感性。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，近日中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院黃帆/南開(kāi)大學(xué)史林啟團(tuán)隊(duì)以“Natural Spy Chaperone Mimic: Tailored Nanochaperone with Electrostatic–Hydrophobic Synergy To Enhance Protein Folding Regulation”為題，在《Journal of the American Chemical Society》上發(fā)表相關(guān)研究成果，在這項(xiàng)研究中， 研究團(tuán)隊(duì)受天然Spy蛋白啟發(fā)，設(shè)計(jì)了一種多功能仿生納米伴侶（nChap），通過(guò)靜電-疏水協(xié)同作用增強(qiáng)蛋白質(zhì)折疊調(diào)控能力，突破天然伴侶的局限。
研究方法
實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
在80°C高溫下，nChap使多種酶的殘余活性提升50%以上。
圓二色光譜（CD）和熒光分析表明，nChap有效恢復(fù)熱變性蛋白的二級(jí)/三級(jí)結(jié)構(gòu)。
QCM-D數(shù)據(jù)顯示：帶正電的Gua-nChap對(duì)負(fù)電蛋白CAB吸附量達(dá)51.6 μg/mg，而帶負(fù)電的Phos-nChap對(duì)正電木瓜蛋白酶的吸附量更高（45.1 μg/mg），證實(shí)電荷互補(bǔ)增強(qiáng)結(jié)合。
熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）和靜態(tài)光散射（SLS）進(jìn)一步證明，靜電作用引導(dǎo)蛋白進(jìn)入nChap疏水微區(qū)，抑制聚集。
在40°C下儲(chǔ)存20天，nChap使多種蛋白活性損失降低40%-60%。
成功應(yīng)用于9種不同等電點(diǎn)（pI）和分子量的蛋白質(zhì)，展現(xiàn)優(yōu)于天然Spy的普適性。
結(jié)論與展望
該研究通過(guò)仿生設(shè)計(jì)提出了一種新型納米伴侶策略，兼具電荷可調(diào)性、多重疏水微區(qū)及環(huán)境穩(wěn)定性，顯著提升蛋白質(zhì)折疊調(diào)控效率。QCM-D技術(shù)為解析靜電-疏水協(xié)同機(jī)制提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。未來(lái)，nChap有望在生物醫(yī)藥領(lǐng)域（如蛋白質(zhì)藥物儲(chǔ)存、疾病相關(guān)蛋白聚集治療）中發(fā)揮重要作用，并為人工伴侶系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供新范式。
基金支持
國(guó)家自然科學(xué)基金（52293380、52073306等）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFA1205700）、天津市自然科學(xué)基金（23JCZDJC00160）、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程（2022-I2M-2-003）。
原文鏈接
https://doi.org/10.1021/jacs.5c01133
背景知識(shí)
蛋白質(zhì)的正確折疊是維持其結(jié)構(gòu)與功能的核心過(guò)程，但折疊過(guò)程中易發(fā)生錯(cuò)誤，導(dǎo)致聚集或功能喪失。分子伴侶（如天然Spy蛋白）通過(guò)靜電吸引和疏水作用協(xié)同調(diào)控蛋白質(zhì)折疊，但其應(yīng)用受限于電荷單一性、結(jié)構(gòu)脆弱性及環(huán)境敏感性。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，近日中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院黃帆/南開(kāi)大學(xué)史林啟團(tuán)隊(duì)以“Natural Spy Chaperone Mimic: Tailored Nanochaperone with Electrostatic–Hydrophobic Synergy To Enhance Protein Folding Regulation”為題，在《Journal of the American Chemical Society》上發(fā)表相關(guān)研究成果，在這項(xiàng)研究中， 研究團(tuán)隊(duì)受天然Spy蛋白啟發(fā)，設(shè)計(jì)了一種多功能仿生納米伴侶（nChap），通過(guò)靜電-疏水協(xié)同作用增強(qiáng)蛋白質(zhì)折疊調(diào)控能力，突破天然伴侶的局限。
研究方法
- 納米伴侶的理性設(shè)計(jì)
nChap由疏水性聚己內(nèi)酯（PCL）內(nèi)核和親水性聚乙二醇（PEG）/pH響應(yīng)性聚β-氨基酯（PAE）混合殼層組成。通過(guò)修飾不同末端基團(tuán)（氨基、羧基等），調(diào)控表面電荷特性，模擬Spy的電荷分布。
- QCM-D技術(shù)的關(guān)鍵作用
研究采用QSense耗散型石英晶體微天平（QCM-D）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)nChap與蛋白質(zhì)的結(jié)合動(dòng)力學(xué)。通過(guò)頻率變化（ΔF）定量分析不同電荷nChap對(duì)正/負(fù)電性蛋白（如CAB、木瓜蛋白酶）的吸附能力，揭示靜電相互作用的主導(dǎo)地位。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
- 熱應(yīng)激下蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的顯著提升
在80°C高溫下，nChap使多種酶的殘余活性提升50%以上。
圓二色光譜（CD）和熒光分析表明，nChap有效恢復(fù)熱變性蛋白的二級(jí)/三級(jí)結(jié)構(gòu)。
- 靜電-疏水協(xié)同機(jī)制驗(yàn)證
QCM-D數(shù)據(jù)顯示：帶正電的Gua-nChap對(duì)負(fù)電蛋白CAB吸附量達(dá)51.6 μg/mg，而帶負(fù)電的Phos-nChap對(duì)正電木瓜蛋白酶的吸附量更高（45.1 μg/mg），證實(shí)電荷互補(bǔ)增強(qiáng)結(jié)合。
熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）和靜態(tài)光散射（SLS）進(jìn)一步證明，靜電作用引導(dǎo)蛋白進(jìn)入nChap疏水微區(qū)，抑制聚集。
- 長(zhǎng)期穩(wěn)定性與廣譜適用性
在40°C下儲(chǔ)存20天，nChap使多種蛋白活性損失降低40%-60%。
成功應(yīng)用于9種不同等電點(diǎn)（pI）和分子量的蛋白質(zhì)，展現(xiàn)優(yōu)于天然Spy的普適性。
結(jié)論與展望
該研究通過(guò)仿生設(shè)計(jì)提出了一種新型納米伴侶策略，兼具電荷可調(diào)性、多重疏水微區(qū)及環(huán)境穩(wěn)定性，顯著提升蛋白質(zhì)折疊調(diào)控效率。QCM-D技術(shù)為解析靜電-疏水協(xié)同機(jī)制提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。未來(lái)，nChap有望在生物醫(yī)藥領(lǐng)域（如蛋白質(zhì)藥物儲(chǔ)存、疾病相關(guān)蛋白聚集治療）中發(fā)揮重要作用，并為人工伴侶系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供新范式。
基金支持
國(guó)家自然科學(xué)基金（52293380、52073306等）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFA1205700）、天津市自然科學(xué)基金（23JCZDJC00160）、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程（2022-I2M-2-003）。
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https://doi.org/10.1021/jacs.5c01133
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聯(lián)系電話(huà)：021-68370071/021-68370072
E-mail：vanilla.chen@biolinscientific.com
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