从头设计八聚体多次跨膜纳米孔蛋白质

Protein design is the design of new protein sequences, which can fold into novel three dimensional structures often with unique functions, originated from biophysical and biochemical principles. In recent years it has become possible to de novo design soluble protein structures ranging from 18-residue constrained peptides to megaDalton protein cages, with high accuracy. However, design of structurally defined multipass membrane proteins, especially functional multipass membrane proteins, has remained a major challenge, due to the difficulty in specifying structure within the membrane and lacking of method for design. We aim to design octameric multipass transmembrane nanopores by integrating parametric design of helical bundle with high symmetry and design of transmembrane spans. The designer nanopore proteins will be recombinantly expressed and purified, which need further characterization, both biochemically and structurally. The ability to custom design structurally well-defined transmembrane nanopores may provide important general clues for the design of functional transmembrane proteins. The results would have broad applications in areas ranging from nanopore sequencing to small molecule filtration and sensing.

蛋白质设计是基于生物物理与生物化学原理，通过设计蛋白质的氨基酸序列，使其能够自发折叠形成所需要的全新的三维结构，并具有新的功能。虽然针对水溶性蛋白质的设计取得了巨大的成功，而设计跨膜蛋白质依然是难点。尤其是具有功能的多次跨膜蛋白的精确设计尚未实现，其设计方法有待开发。本项目拟通过使用计算机辅助的蛋白质设计手段，开发高聚α螺旋结构参数化设计程序，从头设计穿膜结构域，并形成具有新型孔道结构的八聚体多次跨膜纳米孔蛋白质。本项目通过对设计的跨膜纳米孔进行重组表达、生化性质鉴定、三维结构解析以及膜通透性测试等实验验证，将为功能性跨膜蛋白质的设计提供重要线索。研究成果可能应用于纳米孔测序技术，提高DNA纳米孔测序技术的精度，并将有助于设计和开发基于纳米孔的分子测序与检测技术。

蛋白质设计是基于生物物理与生物化学原理，通过设计蛋白质的氨基酸序列，使其能够自发折叠形成所需要的全新的三维结构，并具有新的功能。虽然针对水溶性蛋白质的设计取得了巨大的成功，而设计跨膜蛋白质依然是难点。尤其是具有功能的多次跨膜蛋白的精确设计尚未实现，其设计方法有待开发。本项目通过使用计算机辅助的蛋白质设计手段，开发高聚α螺旋结构参数化设计程序，从头设计穿膜结构域，并形成具有新型孔道结构的12次跨膜离子通道以及16次跨膜纳米孔蛋白质。本项目从头设计出多次跨膜纳米孔蛋白质，并对其生化性质、三维结构进行了鉴定，获得了为功能性跨膜蛋白质的设计提供重要线索。研究成果可能应用于纳米孔测序技术，提高DNA纳米孔测序技术的精度，并将有助于设计和开发基于纳米孔的分子测序与检测技术。