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  生物大分子在自然進(jìn)化中發(fā)展出一套獨特的“自下而上”自組裝方式進(jìn)行各種復(fù)合結(jié)構(gòu)的可控裝配，為多功能生物納米材料的加工制備提供了絕佳范例。其中，核酸-蛋白質(zhì)納米復(fù)合體系的可控構(gòu)筑，不僅將實現(xiàn)生物學(xué)上兩種基本組裝模式的有效結(jié)合，以提供愈加復(fù)雜的生物結(jié)構(gòu)模板，還有助于體內(nèi)生物大分子相互作用的深入理解，對仿生器件制造和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用具有深遠(yuǎn)意義。

  近年來，DNA納米技術(shù)取得眾多令人矚目的研究成果。研究人員在計算機(jī)幫助下基于堿基互補(bǔ)配對原則構(gòu)建了一系列精致的DNA多維結(jié)構(gòu)，利用其伸出的 DNA捕獲鏈雜交蛋白表面偶聯(lián)的DNA片段，可指導(dǎo)蛋白客體在預(yù)定位置有序排布，從而廣泛應(yīng)用于DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的可編程構(gòu)筑。然而，利用蛋白質(zhì)表面氨基酸殘基進(jìn)行DNA共價交聯(lián)的常規(guī)方法，有著一些難以規(guī)避的缺點，包括修飾基團(tuán)對功能蛋白活性的損害，修飾點與取向的不可控性以及操作體系不適于體內(nèi)自組裝過程等，限制了進(jìn)一步的發(fā)展。因此，一些科學(xué)家利用非共價交聯(lián)手段，如鏈霉親和素-生物素相互作用、特異性適配體和DNA結(jié)合蛋白等，進(jìn)行DNA支架-蛋白質(zhì)復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的組裝研究。但目前這些研究往往局限于特殊蛋白個體在 DNA支架上的結(jié)合排布，并且不涉及后續(xù)組裝調(diào)控。構(gòu)建更加高級而有序的DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)蛋白分子化學(xué)計量學(xué)和原位組裝調(diào)控，是發(fā)展基于核酸和蛋白質(zhì)的雜化生物納米材料所面臨的一個重要挑戰(zhàn)。 

圖1  DNA支架上進(jìn)行病毒蛋白原位組裝及多級可控構(gòu)筑示意圖

  針對這一挑戰(zhàn)，中科院蘇州納米所王強(qiáng)斌研究員團(tuán)隊在前期工作的基礎(chǔ)上(ACS Nano, 2018, 12, 1673-1679; Adv. Mater., 2017, 29, 1606533; J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 1764-1767; Small, 2016, 12, 4955-4959; J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 457–462;  J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 11441–11444.)，首次利用病毒蛋白與基因組RNA內(nèi)在作用機(jī)制在DNA支架上進(jìn)行原位可控組裝體系的設(shè)計，展示了DNA-蛋白復(fù)合結(jié)構(gòu)的多級可控構(gòu)筑。

  病毒是一類典型的自組體，它的裝配過程具有很高的特異性和效率，能夠在短時間內(nèi)利用弱鍵協(xié)同作用組裝生產(chǎn)出大量的病毒顆粒。以煙草花葉病毒（tobacco mosaic virus, TMV）作為模式系統(tǒng)，研究人員探索了不同條件下TMV基因組RNA與衣殼蛋白的互作規(guī)律及其對病毒顆粒的裝配調(diào)控。TMV基因組特定的組裝起始序列可有效引導(dǎo)核酸與病毒衣殼蛋白的特異性結(jié)合并引發(fā)體外重構(gòu)組裝，并且病毒蛋白管的組裝長度是由RNA長度決定的，從而為蛋白域的精確調(diào)控提供了可能。研究人員構(gòu)建了一維到三維DNA origami模板作為支架結(jié)合不同長度的TMV RNA重組序列，引導(dǎo)后續(xù)的原位組裝過程。通過支架表面結(jié)合位點和序列的設(shè)計，不僅實現(xiàn)TMV病毒蛋白管在DNA支架特定位置按一定組裝程序進(jìn)行定向裝配生長，還完成蛋白管原位組裝長度的有效調(diào)控。這些成果為構(gòu)建復(fù)雜DNA-蛋白復(fù)合組裝體系提供了新的策略。這種策略具有普適性，展現(xiàn)出以DNA origami為功能載體結(jié)合其它探針進(jìn)行病毒組裝與感染機(jī)制研究的潛力，為DNA納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供新的視角。 

  以上工作發(fā)表了在《美國化學(xué)會志》雜志上(J. Am. Chem. Soc., 2018,DOI: 10.1021/jacs.8b03914)。該工作得到了國家自然科學(xué)基金(21425103, 21673280, 21703282)和國家重點研發(fā)計劃(2016YFA0101503, 2017YFA0205503)等項目的經(jīng)費支持。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021%2Fjacs.8b03914