今天给大家分享一篇angew上的文章Design of an In-Cell Protein Crystal for the Environmentally Responsive {attr}3220{/attr}nstruction of a Supramolecular Filament，本文通讯作者是来自东京工业大学的上野隆史教授，其课题组研究方向为蛋白质工程、生物无机化学等。

蛋白质组装体如笼、环、丝状物等具有许多独特的功能，可由人工调节蛋白-蛋白相互作用，例如金属配位、共价及非共价修饰所制造，可用于催化、分子存储、药物递送等方面。但目前制造高度有序的蛋白质组装体依然较为困难，主要因为组装体与非组装的蛋白质单体间的平衡难以调节，且溶液中蛋白质单体高度灵活，需要非常精准地设计与调节如温度、pH的条件才能得到需要的结构。作者从蛋白质晶体这一高度有序的蛋白质排列形式出发，通过在合适的位置引入半胱氨酸残基，形成二硫键稳定蛋白质晶体的结构，从而构建蛋白质组装体。

TbCatB具有针状的晶体，单体在一维线性上进行组装，在pH低于4时分解为单体。作者认为其设计的半胱氨酸突变体在晶体中可自动氧化形成二硫键从而交联形成超分子丝状物，在pH低于4时解离，而在溶液中氧化则不会形成组装体。由晶体结构可知，TbCatB线性结构由R91a与T223b之间的水分子形成氢键形成，螺旋形的结构由T177b，Y173b，Y217b和R39a，R42a，G276a间的相互作用形成。据此作者设计了两个突变体R91C/T223C-TbCatB（1-TbCatB）与Y217C/S275C-TbCatB（2- TbCatB），防止非共价作用解离。作者将这两种突变体表达在细胞中后，经过四天的培养，可用光学显微镜发现明显的微晶形成。实验数据表明它们空间群与野生型类似，并基本保留了原来的结构，并且通过电子密度发现1- TbCatB形成了二硫键，而2-TbCatB没有，可能由于Y217C与S275C的空间距离比能形成二硫键的空间距离稍大所致。

作者在溶解1- TbCatB晶体后发现，在溶液中形成了丝状物，表明二硫键在晶体释放到溶液后仍然保持。两股纤维形成的聚集体比单个纤维的产率更高，可能由于两股纤维间可能形成氢键，且透射电子显微镜观察到蛋白质在两个纤维间呈之字形排列。如果在溶液中氧化形成二硫键的话，蛋白质单体随机聚集，最终形成的丝状物长度较短。在酸性环境中，丝状物完全解离，且除掉酸后不能恢复。

 本文作者：JGG

责任编辑：WQW

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202102039

文章引用：DOI：10.1002/anie.202102039