Мембранные белки активно участвуют в различных клеточных процессах, таких как передача сигналов, транслокация мембран, клеточная адгезия и многие другие, и поэтому представляют большой интерес в области разработки лекарств.

Структура соответствующих мембранных белков иногда имитируется во время исследований с использованием детергентных мицелл, которые способны захватывать и извлекать мембранный белок в липидном слое, что в некоторой степени имитирует условия, обнаруженные в липидном бислое клеточной мембраны.

Однако детергенты могут мешать связывающим взаимодействиям, которые в противном случае мог бы происходить в белке в их отсутствие, и могут влиять на третичную структуру белка.

Аналогичным образом, фосфолипидные липосомы и другие типы липидного бислоя были использованы для имитации естественных условий мембранных белков. Однако эти методы часто приводят к частицам неоднородного размера, которые несовместимы со многими методами микроскопии.

Фосфолипидные нанодиски состоят из липидного бислоя, окруженного амфипатическими белками, которые загоняют структуру в форму диска, создавая среду, более характерную для окружающей среды, которая естественным образом обнаруживается в клеточной мембране.

К сожалению, как и в случае с липосомами, нанодиски часто страдают от неоднородного размера и белковой нагрузки, особенно когда они сделаны в больших размерах, более 16 нм в диаметре.

В статье, недавно загруженной в журнал Границы биотехнологии Падманабхой Дасом и другими . (12 июня ^th 2020) описывается метод производства значительно больших однородных нанодисков диаметром до 90 нм, а также исследуются преимущества и применения таких нанодисков: лучшее воспроизведение фактической кривизны и симметрии мембраны. реальной клеточной мембраны и позволяет одновременно загружать гораздо более крупные или множественные мембранные белки.

Нанодиски как имитаторы клеточных мембран

Нанодиски меньшего размера были получены путем укорачивания или удлинения структурных белков амфипатической мембраны, которые окружают липидный бислой. Группа использовала свернутую ДНК в бочкообразной структуре для создания нанодисков большего размера, которые впоследствии были заполнены липидами и интересующим мембранным белком.

Путь проникновения вируса в клетку варьируется в зависимости от конкретного вируса или клетки-хозяина и является предметом тщательного изучения исторически, особенно в последнее время с наступлением пандемии COVID-19.

Криоэлектронная микроскопия позволяет визуализировать процесс и ранее использовалась в комбинации с липосомами для описания того, как, например, частицы риновируса 2 человека пересекают клеточную мембрану. Однако проблемы, связанные с однородностью размеров и нагрузкой, ограничивают актуальность этой платформы.

Большие нанодиски, которые могут поддерживать большие белковые комплексы, лучше имитируют естественную клеточную мембрану и больше подходят для крио-электромагнитных исследований, потенциально обеспечивая идеальную структуру, на которой могут быть выполнены эти исследования.

Нанодиски, приготовленные таким образом, также имеют то преимущество, что они потенциально могут производиться асимметрично, с разными «внутренними» и «внешними» мембранами, что в естественных условиях наблюдается внутри плазматической мембраны эукариот, где сфингомиелин и фосфатидилхолин активно разделяются на внешнюю мембрану и фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин и фосфатидилинозитол внутрь.

В заключение, ДНК-оригами позволило создать большие нанодиски, которые сильно имитируют липидный бислой, обнаруженный в клетках, и способны поддерживать большое или большое количество белковых комплексов в in situ -подобной среде.

Эта технология имеет широкий спектр потенциальных применений в биологии, особенно в отношении изучения метода проникновения в клетки, используемого вирусом, где механизм проникновения через мембрану, стадии разборки вирусных частиц и любые связанные с ними конформационные изменения или вовлечение поверхностных рецепторов. может быть установлено.