DNA指令将蛋白质打包成独特的晶体结构

美国研究人员利用DNA来指导蛋白质如何被包装成单晶。这项技术揭示了三种新的蛋白质晶体排列，展示了它如何帮助发现利用高度特异性蛋白质功能的工程材料的新结构，如药物分子或生物催化剂。

蛋白质是复杂的、动态的大分子，很难转化成单一的、原子有序的晶体。然而，蛋白质晶体对于理解蛋白质的结构和功能是必要的。

问题在于，通常驱动结晶的蛋白质表面斑块之间的相互作用是弱的、复杂的、非共价的和缺乏特异性的。这使得研究人员很难预测和控制结晶过程以及形成的晶体类型。

为了解决这个问题，乍得墨金的美国西北大学实验室利用DNA驱动蛋白质结晶，而不是通过与蛋白质表面的可设计和简单的相互作用来驱动正常的蛋白质-蛋白质相互作用。DNA相互作用的优点是它们的强度、长度和特异性可以通过遗传字母表的碱基对进行编程和预测:A与T, C与G。

米尔金解释说:“蛋白质结晶就像在没有说明书的情况下制作宜家家具。”“为了保持稳定，各个部件必须完美地结合在一起，但如果没有指导，就很难知道哪些部件应该放在哪里，甚至很难知道最终是否得到了正确的结构。”通过使用DNA，米尔金的方法提供了类似于说明书的信息，以一种可控的方式将蛋白质引导到特定的位置。

研究人员使用绿色荧光蛋白模型测试了这项技术。这被制成两个突变体版本，在每个突变体的不同表面位置具有氨基酸半胱氨酸的残留物。这意味着经过工程改造的DNA链可以附着在半胱氨酸上并与蛋白质相互作用。

研究人员测试了几条不同序列、长度和位置的DNA链，结果表明，与已知的蛋白质晶体结构相比，蛋白质在单晶体中的排列根据DNA设计发生了不同的改变。此外，研究小组还发现了三种独特的晶体结构。

米尔金说:“我们很惊讶，即使是对DNA设计的微小改变——例如，将DNA相互作用的长度从6个碱基对改变为9个碱基对——也改变了蛋白质组成晶体的方式。”“这是出乎意料的，因为与蛋白质的大小相比，DNA的这种变化相对较小，这表明蛋白质结晶对这种干预是多么敏感。”

“在可编程的晶体包装中，特定的DNA相互作用的设计为结晶蛋白质中隐含的挑战提供了一个优雅的解决方案，”评论道莎拉•鲍曼他在美国布法罗的豪普特曼-伍德沃德医学研究所研究生物分子结晶。“看看这项技术如何被修改用于其他非模型蛋白质系统将是很有趣的。”