Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology hebben kristallografie met hoge resolutie gebruikt om het mechanisme achter de eiwitondersteunde synthese van gouden nanodeeltjes bloot te leggen. een platform bieden voor het ontwerpen van nanomaterialen op maat voor biomedische toepassingen.

In levende organismen, vrije metaalionen worden opgeslagen en getransporteerd door eiwitten die zijn geassembleerd tot sterk geordende structuren zoals eiwitkooien via een reactie die biomineralisatie wordt genoemd. Deze geavanceerde biologische strategie heeft de aandacht getrokken van biotechnologen die speculeren dat natuurlijke ion-opslag eiwitkooien kunnen worden gebruikt om metalen nanodeeltjes met gewenste eigenschappen te laten groeien.

Gouden nanodeeltjes (AuNP's) staan ​​bekend om hun uitstekende functies bij katalyse, biobeeldvorming, medicijnafgifte, en therapie; daarom, de synthese van AuP's met gecontroleerde maten en vormen is erg belangrijk voor hun toepassing in nanogeneeskunde. In eiwitsteigers, AuNP's worden gevormd door een sequentieel proces waarbij goudafzetting en agglomeratie betrokken zijn in kleine nanoclusters die fungeren als nucleatiecentra voor AuNP-groei. Echter, het dynamische mechanisme dat ten grondslag ligt aan de vorming van gouden nanoclusters in eiwitomgevingen blijft onduidelijk.

Om moleculaire processen achter AuNP-groei in eiwitnanokooien te onthullen, een groep biomoleculaire ingenieurs aan het Tokyo Institute of Technology, onder leiding van Takafumi Ueno, gebruikte kristallografie met hoge resolutie en analyseerde de vorming van gouden nanoclusters in ferritine. Een universeel intracellulair ijzeropslageiwit dat door bijna alle levende organismen wordt geproduceerd. ferritine vormt een zelf-geassembleerde 24-subeenheid nanokooi met twee specifieke metaalbindende plaatsen:het 3-voudige askanaal en het accumulatiecentrum (figuur). Omdat goudionen een hoge affiniteit hebben voor zwavel, de wetenschappers wijzigden het accumulatiecentrum door een extra zwavelhoudend cysteïneresidu te introduceren om de opname van goud in de eiwitkooi te verbeteren. Vervolgens, ze versterkten Au-bevattende ferritinekristallen door verknoping in glutaaraldehyde (figuur) om hun roosterstructuur te behouden. Deze modificaties maakten de reductie van goudionen in de kristallen mogelijk en de bepaling van bindingsposities van goudionen in de ferritine-kooi door kristallografie met hoge resolutie.

In de volgende stap, de geïmmobiliseerde goudionen werden gereduceerd tot Au(0)-atomen met behulp van een reductiemiddel (NaBH4). Als resultaat, de wetenschappers konden waarnemen dat het gereduceerde goud samenklonterde tot nanoclusters gevormd in de 3-voudige symmetrische kanalen en in de metaalaccumulatiecentra, wat te wijten was aan de geleidelijke goudbeweging en conformationele veranderingen van omringende aminozuren.

De resultaten verkregen door professor Ueno en zijn collega's onthullen het mechanisme achter de vorming van gouden nanoclusters die worden verwacht als nucleatiecentra voor daaropvolgende AuNP-groei in de unieke eiwitomgeving, een platform bieden voor toekomstig onderzoek naar biomineralisatie en synthese van nanodeeltjes in biomoleculaire steigers.