(Phys.org)—De basenparende eigenschappen van DNA, gecombineerd met ons vermogen om synthetisch DNA in het laboratorium te creëren, hebben geleid tot vooruitgang in de architectuur op nanoschaal en het ontwerpen van moleculaire apparaten. Er is minder onderzoek gedaan naar eiwitten, hoewel eiwitten, zoals DNA, zijn gemaakt van individuele subeenheden waarvan de unieke chemische eigenschappen kunnen worden benut om eiwitvellen te functionaliseren of de eiwitten op een oppervlak te immobiliseren. Bepaalde eiwitten hebben gewenste eigenschappen voor moleculaire apparaten.

Een groep onderzoekers van de Hannover Medical School, Universiteits Hogeschool Londen, Georg August-universiteit, en het Center for Nanoscale Microscopy and Molecular Physiology of the Brain in Duitsland hebben aangetoond dat clathrine, een roostervormend eiwitcomplex dat wordt gebruikt voor het transport van blaasjes in eukaryote cellen, kunnen op verschillende oppervlakken worden geïmmobiliseerd en worden gefunctionaliseerd met nanodeeltjes en enzymen. Verder, het clathrin-rooster kan worden opgeslagen en opnieuw worden geactiveerd zonder zijn functionaliteit te verliezen, waardoor het een praktisch substraat is voor moleculaire apparaten. Hun werk verschijnt in Natuur Nanotechnologie .

Clathrin wordt gebruikt bij het transport van blaasjes over membranen in eukaryote cellen. Het vormt een roosterstructuur die een tweedimensionale plaat of een driedimensionale kooi kan zijn. Clathrin bestaat uit een driepotig eiwitcomplex, bekend als een triskelion. De triskelia assembleren zichzelf tot roosters die een membraan omsluiten in een veelvlakkige kooi. De triskelion heeft zware kettingen en lichte kettingen. Een rooster kan worden gemaakt van triskelia die zowel zware als lichte ketens zijn of gewoon zware ketens. In dit onderzoek, de lichte ketens zijn gefunctionaliseerd met nanodeeltjes of enzymen.

Dannhauser, et al. ontdekte dat tweedimensionale clathrin-roosters zich op verschillende soorten oppervlakken zullen vormen. Ze geïmmobiliseerd clathrine met behulp van een deel van een adapter-eiwit, H ₆ -epsin. In het lichaam, clathrine hecht zich aan membranen via adaptereiwitten, dus voor immobilisatie op een oppervlak, Dannhauser, et al. getest of hetzelfde mechanisme kan worden toegepast op verschillende oppervlakken in de laboratoriumomgeving. Ze produceerden geïmmobiliseerde clathrine-roosters op grafeen, polymeren, glas, en metalen.

De interactie tussen het oppervlak en het rooster kan worden gecontroleerd met behulp van NaSCN. Van NaSCN is bekend dat het de driedimensionale clathrine-assemblage belemmert, dus gebruikten ze het om de tweedimensionale, oppervlaktegebonden rooster. Na behandeling met 0,05 M NaSCN, het rooster werd wanordelijk. Verwijdering van de NaSCN toonde aan dat enkele van de roosterkenmerken overbleven en behandeling met meer triskelia zorgde ervoor dat het rooster opnieuw werd gevormd. Hogere concentraties NaSCN werden gebruikt om het rooster volledig te verwijderen. Echter, de H ₆ -epsin-linker bleef intact, zelfs bij hogere concentraties NaSCN, waaruit blijkt dat de linker zeer robuust is, terwijl het rooster gemakkelijk kan worden verwijderd.

Helaas is het geïmmobiliseerde clathrine-rooster slechts tientallen minuten stabiel, wat onpraktisch is voor gebruik als apparaat. Daarom, Dannhauser, et al. verschillende verknopingsstrategieën getest. Ze ontdekten dat 4-azido-2, 3, 5, 6-tetraoroenzo acid succinimidyl ester (ATFB) een goede kandidaat voor crosslinking. Het verbindt covalent clathrin met H ₆ -epsin. Aanvullend, het rooster kan worden gedehydrateerd door eerst te verknopen met glutaaraldehyde en vervolgens uranylacetaat te gebruiken. AFM-onderzoeken tonen aan dat roosteractiviteit kan worden hersteld na rehydratatie. Door crossliniking in combinatie met uitdroging konden ze de roosters maandenlang bewaren.

Eindelijk, het clathrin-rooster werd gefunctionaliseerd met gouden nanodeeltjes en met een co-enzym genaamd auxilin via het opnemen van gemodificeerde lichte ketens tot een rooster dat uit zware ketens bestaat. Beeldvormingsstudies bevestigden functionalisering van zowel de nanodeeltjes als het enzym. Auxilin wordt samen met het enzym Hsc70 in levende cellen gebruikt om clathrineroosters van membranen te verwijderen. Voorlopige studies toonden aan dat auxiline zijn enzymatische activiteit lijkt te behouden door de manier waarop het het geïmmobiliseerde clathrine-rooster uit elkaar haalt. Hoewel aanvullende studies nodig zijn, dit experiment toont aan dat het roostersamenstel kan worden gefunctionaliseerd met verschillende soorten deeltjes.

Dit onderzoek bekijkt hoe clathrin kan worden gebruikt voor moleculaire apparaten en nano-assemblage. Dannhauser, et al. zijn bruikbaarheid aantonen door het rooster op verschillende oppervlakken te immobiliseren, het verlengen van de levensduur door verknoping en uitdroging, en het functionaliseren met een anorganisch nanodeeltje en een enzym.

© 2015 Fys.org