Вычислительное проектирование и клеточный синтез двух топологических изомеров белка: соломонов узел и трёхкрутный узел

Химическая топология стала уникальным измерением в проектировании белков, стимулируя создание топологически нетривиальных белковых архитектур ради функциональных преимуществ, таких как повышенная стабильность и богатая динамика. Тем не менее структурное разнообразие искусственных механически сцепленных белков остаётся ограниченным. В этой работе мы сообщаем о вычислительном проектировании и клеточном синтезе пары топологических изомеров посредством симметричной сборки ортогональных переплетающих мотивов. Путём слияния двух C2-симметричных переплетающих мотивов, а именно p53dim и HP0242, в определённых конфигурациях мы запрограммировали образование множества пересечений, которые при циклзации привели к образованию белкового соломонова узла и белкового трёхкрутного узла. Схемы слияния и длины линкеров были систематически оптимизированы для направления формирования заданных топологий. Успешный клеточный синтез был подтверждён биофизическими и структурными анализами, включая электрофорез в полиакриламидном геле с добавлением додецилсульфата натрия, гель-фильтрацию (размер-исключающую хроматографию) и жидкостную хроматографию–масс-спектрометрию. В частности, мы приводим кристаллическую структуру искусственного белкового трёхкрутного узла. И соломонов узел, и трёхкрутный узел продемонстрировали повышенную компактность структуры и стабильность по сравнению с контролями с более низкой топологической сложностью (например, хопфовский узел, трилистный (треф) узел и линейные формы), что подтверждается их лучшей термостойкостью и устойчивостью к химической денатурации. Эта модульная стратегия проектирования предоставляет рациональный и расширяемый путь к разнообразным механически сцепленным белкам и может быть обобщена для получения ещё более сложных архитектур, таких как наноклетки в виде беличной кольчуги и переплетённые белковые каркасы.