一种易形成 β-折叠结构的自组装肽 Y15

在自然生物系统中，非共价相互作用促使大分子自发地组织成超分子结构，从而产生复杂的功能。例如，细胞骨架成分，如肌动蛋白丝和微管，在细胞塑造、迁移和细胞内运输中起中心作用，就以这种方式形成。因此，在生命系统中构建人工蛋白质组装的平台技术对于实现合成生物学的最终目标至关重要：通过模仿来阐明生物系统并生成具有人工功能的系统。

从头设计的自组装肽 (SAP)在超分子生物材料领域是非常有潜力的，其应用也非常广泛，例如组织培养支架、三维细胞培养和疫苗佐剂。而在细胞内空间中使用的 SAPs 大多尚未开发。在此，日本神奈川横滨东京工业大学生命科学与技术学院一研究团队就报告了一种自组装肽 Y15 (YEYKYEYKEYKYEY)。这种肽很容易形成 β-折叠结构，以促进活细胞中功能性蛋白质组装体的自下而上合成。该研究成果以“Intracellular artificial supramolecules based on de novo designed Y15 peptides”为题发布在《Nature》。

在这项研究中，开发了一种从头设计的自组装肽 Y15，它具有形成 β-折叠纳米纤维的能力。Y15 标记的蛋白质整合到原纤维结构中，即使在粗糙的细胞环境中也能形成簇。加入 Y15 标记的生物活性蛋白也可以使组件功能化。

目前，已经有几种从头设计的卷曲螺旋肽用于细胞内和细胞外应用。在细胞中，正交卷曲螺旋对可以整合蛋白质并调节转录，形成交叉α结构的螺旋肽产生细胞内蛋白质缩合物。与卷曲螺旋肽相比，从头开发 β-折叠肽更困难。由于分子内完整的骨架氢键，单个卷曲螺旋肽单体形成稳定的α-螺旋结构。相比之下，β-折叠结构通常通过分子间相互作用来稳定。在这里，我们成功地利用了一种可遗传编码的设计 β-折叠标签，通过从合成肽的自组装开始的多步评估，在活的哺乳动物细胞内构建超分子自组装。

通常，合成生物学中使用的识别基序来自天然域或工程域。FK506 结合蛋白 (FKBP) 是一种用于化学诱导二聚体/寡聚体形成的蛋白质标签。各种域，例如 SH3，可用作整合酶子集以加速级联反应 的支架。此外，这些域的串联通过活细胞中的多价相互作用产生人工无膜凝聚物。

基于 Y15 的组件是不可逆的，并显示出类似固体的特性。从头设计的肽的 β-折叠之间的疏水界面是明确定义的，通常是干燥的。尽管融合肉瘤 (FUS) 蛋白（LLPS 中的代表性蛋白）的 LC 结构域也形成交叉 β 结构，但与淀粉样原纤维不同，该界面是亲水的并含有水分子。湿界面似乎会降低组装稳定性，导致类似液体的特性。我们希望研究 SAP 序列与组件物理特性之间的关系将导致细胞中 LLPS 的成功模仿和人工构造。我们还设想基于 Y15 和 Y15 相关的生物材料将用于阐明细胞中蛋白质复合物的功能。如 Nck 集成示例所示，该系统可用作在细胞中重建天然蛋白质复合物以验证其详细机制的平台。

参考文献：Miki, T., Nakai, T., Hashimoto, M. et al. Intracellular artificial supramolecules based on de novo designed Y15 peptides. Nat Commun 12, 3412 (2021).