Блог

Aug 28, 2023

Структура раствора рекомбинантного Pvfp

Том коммуникативной биологии

Биология связи, том 5, Номер статьи: 739 (2022) Цитировать эту статью

1394 Доступа

3 цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Некоторые морские организмы могут противостоять водной приливной среде и плотно прикрепляться к влажной поверхности. Такое поведение привлекло все большее внимание к потенциальным применениям в медицине, биоматериалах и тканевой инженерии. У мидий силы сцепления с камнем возникают в результате белково-волокнистых образований, называемых биссусом. Мы представляем структуру раствора Pvfp-5β, одного из трех белков биссальных бляшек, секретируемых азиатской зеленой мидией Perna viridis, и компонента, ответственного за инициацию взаимодействия с субстратом. Мы показываем, что Pvfp-5β имеет стабильно свернутую структуру, что соответствует наличию в последовательности двух мотивов EGF. Структура очень жесткая, за исключением нескольких остатков, на которые влияют медленные локальные движения в масштабе времени мкс-мс, и отличается от модели, рассчитанной методами искусственного интеллекта, относительно относительной ориентации модулей EGF, в чем вычислительные методы все еще отстают. . Мы также показываем, что Pvfp-5β способен коацервировать даже без модификации ДОФА, что дает, таким образом, понимание как механизма адгезии адгезивных белков мидий, так и разработки биоматериалов.

Как морским организмам, таким как мидии, морские звезды и черви из песчаных замков, удается так прочно прилипать к влажным поверхностям, чтобы противостоять силе приливов и штормовых волн, вызывает все больший интерес1. Это связано не только с важностью этого свойства для военно-морской промышленности, для которой биообрастание поверхности является серьезной проблемой, поскольку оно ускоряет поверхностную коррозию, требующую дорогостоящего ухода за поверхностью. Еще более интересными являются последствия, которые полное понимание такого механизма жесткого присоединения может иметь для разработки новых биоматериалов со свойствами, которые можно было бы использовать в регенеративной медицине, тканевой инженерии и материаловедении2,3.

Среди морских организмов, обладающих адгезионными свойствами, есть мидии, которые разработали стратегию сильной подводной адгезии за счет секреции волокнистого придатка на основе белка, называемого биссусом. Он состоит из нитей, образованных пучками переплетенных друг с другом волокон4. Каждая нить заканчивается богатой белками бляшкой, содержащей белки ножки мидий (mfps), характеризующиеся адгезионными свойствами, которые действуют как водостойкий клей и позволяют волокну прочно прикрепляться к различным субстратам5,6. Химически состав биссуса состоит из нескольких различных белков, которые синтезируются в ножке мидии, большом органе, который в пресной воде позволяет мидии пробираться сквозь субстрат и двигаться. Биссус вырабатывается в бороздке на вентральной поверхности стопы и выделяется в виде вязкого секрета, который постепенно затвердевает и образует волокна при контакте с водой в процессе коацервации, который имеет аналогии с образованием амилоидных волокон пептидов Абета7.

У наиболее изученного рода Mytilus идентифицировано шесть белков стопы мидий (mfp-2, -3S, -3F, -4, -5 и -6)8. Белки этого организма обладают слабой энергией адгезии (<5 мН/м) и способностью быть биоразлагаемыми и, следовательно, экологически безопасными9, обычно нетоксичными и с низкими свойствами иммунного ответа10. Особенностью белков ножки мидий является то, что они содержат катехоловую аминокислоту 3,4-дигидрокси-1-фенилаланин (ДОФА) – производное тирозина, полученное путем посттрансляционной модификации11. Известно, что ДОФА связывается с широким спектром субстратов благодаря своей способности образовывать водородные связи, гидрофобные взаимодействия, координацию металлов и ковалентные связи12,13,14,15,16, поэтому многие исследования до сих пор были сосредоточены на полимерах, производных ДОФА, для разработка новых адгезивных биоматериалов.

В предыдущем исследовании мы охарактеризовали неDOPA-модифицированную версию одного из белков mfp азиатской зеленой мидии Perna viridis (Pvfp-5β)17. Среди белков, продуцируемых этим организмом, к которым также относятся Pvfp-3α и Pvfp-6, Pvfp-5β первым секретируется и устанавливает взаимодействие с субстратом, что делает его системой, представляющей особый интерес18. Последовательность этого белка содержит два тандемных повтора с высокой гомологией с модулями EGF и на 47–50% идентична повторам EGF белка Notch-лиганда Δ-подобного 117,18. Мотивы EGF представляют собой all-β белки, характеризующиеся тремя консервативными дисульфидными мостиками, которые могут связывать ионы кальция, и они наблюдались также в других белках, адгезивных к мидиям, таких как Mgfp-2 Mytilus Galloprovincialis12,19,20. Мы продемонстрировали, что можно производить рекомбинантный Pvfp-5β в бактериях и что Pvfp-5β обладает низкой токсичностью и собственными адгезивными свойствами даже в отсутствие модификаций ДОФА17, что подтверждает возможность использования этого белка в качестве биоматериала для поверхностного покрытия медицинское применение, включая регенерацию поврежденных тканей. Эти результаты также были подтверждены другими исследованиями, которые показали, что ДОФА-замещенные остатки не являются необходимыми для создания прочной влагостойкой адгезии, а ДОФА-замещенные белки не обладают более высокими адгезионными свойствами, чем соответствующие версии без ДОФА5,21. 22. Наши результаты также согласуются с недавними исследованиями, которые подчеркнули важность остатков лизина (Lys) в адгезии мидий23,24,25,26. Действительно, как ДОФА, так и тирозин склонны образовывать связи катион-π с фланкирующими положительно заряженными остатками, такими как лизин, который, как полагают, увеличивает когезионную прочность адсорбированных слоев МФПС и индуцирует спонтанное фазовое разделение жидкость-жидкость богатого белком белка. жидкая фаза (комплексная коацервация) в соленых растворах27,28,29.