嵌段共聚物多级自组装模拟分子伴侣的结构与功能

蛋白质折叠与其生物活性和许多重大疾病的发生密切相关，是生物物理学的重要课题，通过分子伴侣介导蛋白质正确折叠是已知的最有效的方法。本项研究通过温度响应性聚合物在两种嵌段共聚物组成的复合胶束表面进行精确可控的组装，形成具有生物活性的疏水微区，模拟分子伴侣的结构与功能控制蛋白质的折叠，用于保护酶的热稳定性，当温度升高时，酶分子的疏水链段伸展到外围，与复合胶束相互作用，吸附在复合胶束的表面，限制其进一步聚集失活；降低温度，复合胶束的疏水微区变为亲水，酶分子从胶束表面解离，又恢复其活性，是一种方便高效的保护酶热稳定性的方法。另外，许多疾病如Alzheimer's（老年痴呆）主要是Aβ蛋白聚集（错误折叠）造成的，通过复合胶束模拟分子伴侣的功能，能在人体环境下与该类蛋白质结合，避免其聚集形成Aβ淀粉样蛋白纤维，能缓解该类疾病的症状,为预防和治疗老年痴呆提供一种新的方法。

蛋白质的折叠和解折叠以及由此引发的无规聚集失活和纤维化是许多疾病背后的重要起因和现代生物工程所面临的重要难题，如何减缓和防止此类现象的发生具有重要的科学意义和实际价值。自然界中主要采用分子伴侣来防止蛋白质的错误聚集和辅助其正确折叠。 本项目中，我们通过介导复合胶束表面混合壳层的精确定量组装，构建了一类与天然分子伴侣GroEL-GroES的核心结构非常相似的纳米颗粒,提出和丰富了人工分子伴侣用于蛋白质保护的概念。主要在以下几个方面展开了系统的研究。1) 基于复合胶束的人工分子伴侣对蛋白质热稳定性的保护。 复合胶束人工分子伴侣通过在失活条件下吸附和防止解折叠蛋白的无规聚集并在随后的正常生理条件下释放和辅助蛋白质折叠的方式进行工作，能有效防止蛋白质的热失活。2） 基于复合胶束的人工分子伴侣对蛋白包涵体的辅助复性。蛋白重组工程制备的功能蛋白质通常以无规聚集的非活性包涵体形式存在。通过在包涵体溶解体系中引入复合胶束分子伴侣，其表面的疏水微区可以将溶解和处于解折叠状态的包涵体蛋白吸附到其表面，随后在正常生理条件下释放并辅助包涵体蛋白进行正确折叠，大大简化包涵体的复性步骤。3）基于复合胶束的人工分子伴侣对Aβ淀粉样蛋白的聚集平衡的干扰和延缓聚集。Aβ蛋白的聚集纤维化是阿兹海默症(AD)的主要病理表象，我们从建立脑内Aβ蛋白产生与消除平衡机理的思想出发，利用复合胶束分子伴侣表面的疏水微区与其结合，从而极大地延缓这类蛋白的聚集成纤维的过程，降低Aβ42对神经细胞的毒性,加速Aβ及其低聚体的降解过程。 4）仿生多酶纳米复合物的构建及其应用。我们和合作单位在人工模拟自然界存在的复合多酶体系的结构与功能中取得了突破， 构建了具有特定空间结构的多酶纳米复合物，可以用于有效防止过氧化氢的危害以及降低酒精对脏器的损害。本项目成员宓怀风和王莹课题组则在蛋白质印迹聚合物作为抗体取代物来研究蛋白质间的相互作用和识别天然蛋白质的分子印迹聚合物纳米粒子方面取得了进展。本项目基金计划内容已经全部按计划完成，大部分内容已经发表，在Nature Nanotechnology,Angewante Chemie, Biometerials等期刊上发表论文共计50多篇，部分结果得到了Nature Materials的亮点点评。