应用QCM-D揭示静电-疏水协同纳米伴侣增强蛋白质折叠调控
2025-05-13 来源:本站 点击次数:210
用户成果｜中国医学科学院黄帆/南开大学史林启团队JACS：应用QCM-D揭示静电-疏水协同纳米伴侣增强蛋白质折叠调控
背景知识
蛋白质的正确折叠是维持其结构与功能的核心过程，但折叠过程中易发生错误，导致聚集或功能丧失。分子伴侣（如天然Spy蛋白）通过静电吸引和疏水作用协同调控蛋白质折叠，但其应用受限于电荷单一性、结构脆弱性及环境敏感性。针对这一挑战，近日中国医学科学院黄帆/南开大学史林启团队以“Natural Spy Chaperone Mimic: Tailored Nanochaperone with Electrostatic–Hydrophobic Synergy To Enhance Protein Folding Regulation”为题，在《Journal of the American Chemical Society》上发表相关研究成果，在这项研究中， 研究团队受天然Spy蛋白启发，设计了一种多功能仿生纳米伴侣（nChap），通过静电-疏水协同作用增强蛋白质折叠调控能力，突破天然伴侣的局限。
研究方法
实验结果与分析
在80°C高温下，nChap使多种酶的残余活性提升50%以上。
圆二色光谱（CD）和荧光分析表明，nChap有效恢复热变性蛋白的二级/三级结构。
QCM-D数据显示：带正电的Gua-nChap对负电蛋白CAB吸附量达51.6 μg/mg，而带负电的Phos-nChap对正电木瓜蛋白酶的吸附量更高（45.1 μg/mg），证实电荷互补增强结合。
荧光共振能量转移（FRET）和静态光散射（SLS）进一步证明，静电作用引导蛋白进入nChap疏水微区，抑制聚集。
在40°C下储存20天，nChap使多种蛋白活性损失降低40%-60%。
成功应用于9种不同等电点（pI）和分子量的蛋白质，展现优于天然Spy的普适性。
结论与展望
该研究通过仿生设计提出了一种新型纳米伴侣策略，兼具电荷可调性、多重疏水微区及环境稳定性，显著提升蛋白质折叠调控效率。QCM-D技术为解析静电-疏水协同机制提供了关键数据支持。未来，nChap有望在生物医药领域（如蛋白质药物储存、疾病相关蛋白聚集治疗）中发挥重要作用，并为人工伴侣系统的开发提供新范式。
基金支持
国家自然科学基金（52293380、52073306等）、国家重点研发计划（2022YFA1205700）、天津市自然科学基金（23JCZDJC00160）、中国医学科学院医学与健康科技创新工程（2022-I2M-2-003）。
原文链接
https://doi.org/10.1021/jacs.5c01133
背景知识
蛋白质的正确折叠是维持其结构与功能的核心过程，但折叠过程中易发生错误，导致聚集或功能丧失。分子伴侣（如天然Spy蛋白）通过静电吸引和疏水作用协同调控蛋白质折叠，但其应用受限于电荷单一性、结构脆弱性及环境敏感性。针对这一挑战，近日中国医学科学院黄帆/南开大学史林启团队以“Natural Spy Chaperone Mimic: Tailored Nanochaperone with Electrostatic–Hydrophobic Synergy To Enhance Protein Folding Regulation”为题，在《Journal of the American Chemical Society》上发表相关研究成果，在这项研究中， 研究团队受天然Spy蛋白启发，设计了一种多功能仿生纳米伴侣（nChap），通过静电-疏水协同作用增强蛋白质折叠调控能力，突破天然伴侣的局限。
研究方法
- 纳米伴侣的理性设计
nChap由疏水性聚己内酯（PCL）内核和亲水性聚乙二醇（PEG）/pH响应性聚β-氨基酯（PAE）混合壳层组成。通过修饰不同末端基团（氨基、羧基等），调控表面电荷特性，模拟Spy的电荷分布。
- QCM-D技术的关键作用
研究采用QSense耗散型石英晶体微天平（QCM-D）实时监测nChap与蛋白质的结合动力学。通过频率变化（ΔF）定量分析不同电荷nChap对正/负电性蛋白（如CAB、木瓜蛋白酶）的吸附能力，揭示静电相互作用的主导地位。
实验结果与分析
- 热应激下蛋白质稳定性的显著提升
在80°C高温下，nChap使多种酶的残余活性提升50%以上。
圆二色光谱（CD）和荧光分析表明，nChap有效恢复热变性蛋白的二级/三级结构。
- 静电-疏水协同机制验证
QCM-D数据显示：带正电的Gua-nChap对负电蛋白CAB吸附量达51.6 μg/mg，而带负电的Phos-nChap对正电木瓜蛋白酶的吸附量更高（45.1 μg/mg），证实电荷互补增强结合。
荧光共振能量转移（FRET）和静态光散射（SLS）进一步证明，静电作用引导蛋白进入nChap疏水微区，抑制聚集。
- 长期稳定性与广谱适用性
在40°C下储存20天，nChap使多种蛋白活性损失降低40%-60%。
成功应用于9种不同等电点（pI）和分子量的蛋白质，展现优于天然Spy的普适性。
结论与展望
该研究通过仿生设计提出了一种新型纳米伴侣策略，兼具电荷可调性、多重疏水微区及环境稳定性，显著提升蛋白质折叠调控效率。QCM-D技术为解析静电-疏水协同机制提供了关键数据支持。未来，nChap有望在生物医药领域（如蛋白质药物储存、疾病相关蛋白聚集治疗）中发挥重要作用，并为人工伴侣系统的开发提供新范式。
基金支持
国家自然科学基金（52293380、52073306等）、国家重点研发计划（2022YFA1205700）、天津市自然科学基金（23JCZDJC00160）、中国医学科学院医学与健康科技创新工程（2022-I2M-2-003）。
原文链接
https://doi.org/10.1021/jacs.5c01133
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