科学家利用蛋白质RNA制作称为囊泡的空心球形袋

利用蛋白质和RNA,科学家们创造了被称为囊泡的空心球形麻袋。

这些气泡状实体(当特定蛋白质和RNA分子在水性缓冲溶液中混合时会自发形成)具有作为生物存储区隔的潜力。研究人员说,它们可以替代由水不溶性有机化合物(称为脂质)制成的传统囊泡。

布法罗艺术学院大学物理助理教授Priya Banerjee博士说:“我们的发现具有广泛的意义,从了解基本的细胞生物学到实现可能的生物技术应用,例如靶向药物递送或农药释放。”科学。这些空心球的外观和行为类似于人们多年来在生物工程应用中一直使用的经典脂质囊泡,但有一个重要的例外:它们不是由脂质制成的。”

Davit Potoyan博士说:“由于类似于脂质囊泡的中空结构,人们可能会想到一种潜在的令人兴奋的应用,其中将蛋白质RNA囊泡分派到细胞中以通过释放生物分子或改变局部亚细胞环境来执行抢救任务。” ,爱荷华州立大学化学助理教授。“另一个令人兴奋的原因是这些囊泡是由天然存在的蛋白质和核酸自发形成的,这可能有助于避免毒性的问题,而这种毒性在其他模仿脂质囊泡的聚合物中可能会看到。”

研究结果发表在6月22日的《美国国家科学院院刊》上。

Banerjee和Potoyan以及UB物理学博士Ibraheem Alshareedah共同领导了该项目。学生,以及进行实验的UB物理学博士后学者Mahdi Muhammad Moosa博士;以及爱荷华州立大学化学博士后学者Muralikrishna Raju博士,他进行了计算机模拟。

为了制造微米大小的囊泡,科学家在缓冲水溶液中将天然存在的阳离子蛋白与RNA混合在一起。在某些浓度下,蛋白质和RNA分子聚集在一起以产生液滴,类似于漂浮在水中的油珠。但是在其他浓度下,蛋白质和RNA会聚在一起形成气泡状小泡。

作为研究的一部分,研究小组还规划了每种类型的结构形成的条件。实验和模拟表明,由于弱的静电吸引,排斥相互作用和链熵,蛋白质-RNA复合物自发地结合在一起。研究人员说,这些力之间的微妙平衡决定了将形成液滴还是空心囊泡。

巴内吉说:“我们认为这些力量之间存在权衡。”“当排斥力太大时,蛋白质和RNA分子会保持分离。但是当您平衡这些复杂的力时,就会看到这些不同结构,液滴或空心冷凝物的稳定状态。”

在发现囊泡形成原理之后,研究小组使用其他构件(例如设计的多肽和合成聚合物)创建了类似的空心液滴,证明了这一发现可能具有广泛的应用。

Moosa说:“我们还观察到类似的无脂质囊泡可以与许多蛋白质和RNA模拟物一起形成。”“从大量模拟物中进行选择的能力将允许对这些组件进行可定制的生物技术应用。”

UB已为无脂蛋白-RNA囊泡及其制备方法提交了临时专利申请。

这项新的研究来自Banerjee过去关于蛋白质-RNA复合物的研究,该研究的重点是从蛋白质和RNA分子产生液滴。

在一个实验中,“当我们向液滴中添加更多RNA时,这些小室,这些美丽的气泡状结构立即在这些液滴中开始形成,” Banerjee回忆说。“但是它不稳定,几分钟后就消失了。”

这种奇怪的发现导致他的团队开始研究如何创建空心结构并使它们长期保持完好无损,这是新研究的成果。Banerjee说,对液体和空心液滴的研究可以增进对人类细胞内自发形成类似隔室的了解。

科学家们说,这项研究的一个有趣的方面是蛋白质和RNA分子产生的囊泡几何形状,让人联想到膜。Banerjee说,脂质是生物膜的众所周知的构建基块,但这项新的研究表明,在以前未知的生物系统中形成膜状屏障的可能性还存在其他可能性。未来的研究可以探索细胞是否以及如何利用蛋白质-RNA膜执行某些生物学功能。

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