應用QCM-D揭示靜電-疏水協同納米伴侶增強蛋白質折疊調控
用戶成果｜中國醫學科學院黃帆/南開大學史林啟團隊JACS：應用QCM-D揭示靜電-疏水協同納米伴侶增強蛋白質折疊調控
背景知識
蛋白質的正確折疊是維持其結構與功能的核心過程，但折疊過程中易發生錯誤，導致聚集或功能喪失。分子伴侶（如天然Spy蛋白）通過靜電吸引和疏水作用協同調控蛋白質折疊，但其應用受限于電荷單一性、結構脆弱性及環境敏感性。針對這一挑戰，近日中國醫學科學院黃帆/南開大學史林啟團隊以“Natural Spy Chaperone Mimic: Tailored Nanochaperone with Electrostatic–Hydrophobic Synergy To Enhance Protein Folding Regulation”為題，在《Journal of the American Chemical Society》上發表相關研究成果，在這項研究中， 研究團隊受天然Spy蛋白啟發，設計了一種多功能仿生納米伴侶（nChap），通過靜電-疏水協同作用增強蛋白質折疊調控能力，突破天然伴侶的局限。
研究方法
實驗結果與分析
在80°C高溫下，nChap使多種酶的殘余活性提升50%以上。
圓二色光譜（CD）和熒光分析表明，nChap有效恢復熱變性蛋白的二級/三級結構。
QCM-D數據顯示：帶正電的Gua-nChap對負電蛋白CAB吸附量達51.6 μg/mg，而帶負電的Phos-nChap對正電木瓜蛋白酶的吸附量更高（45.1 μg/mg），證實電荷互補增強結合。
熒光共振能量轉移（FRET）和靜態光散射（SLS）進一步證明，靜電作用引導蛋白進入nChap疏水微區，抑制聚集。
在40°C下儲存20天，nChap使多種蛋白活性損失降低40%-60%。
成功應用于9種不同等電點（pI）和分子量的蛋白質，展現優于天然Spy的普適性。
結論與展望
該研究通過仿生設計提出了一種新型納米伴侶策略，兼具電荷可調性、多重疏水微區及環境穩定性，顯著提升蛋白質折疊調控效率。QCM-D技術為解析靜電-疏水協同機制提供了關鍵數據支持。未來，nChap有望在生物醫藥領域（如蛋白質藥物儲存、疾病相關蛋白聚集治療）中發揮重要作用，并為人工伴侶系統的開發提供新范式。
基金支持
國家自然科學基金（52293380、52073306等）、國家重點研發計劃（2022YFA1205700）、天津市自然科學基金（23JCZDJC00160）、中國醫學科學院醫學與健康科技創新工程（2022-I2M-2-003）。
原文鏈接
https://doi.org/10.1021/jacs.5c01133
背景知識
蛋白質的正確折疊是維持其結構與功能的核心過程，但折疊過程中易發生錯誤，導致聚集或功能喪失。分子伴侶（如天然Spy蛋白）通過靜電吸引和疏水作用協同調控蛋白質折疊，但其應用受限于電荷單一性、結構脆弱性及環境敏感性。針對這一挑戰，近日中國醫學科學院黃帆/南開大學史林啟團隊以“Natural Spy Chaperone Mimic: Tailored Nanochaperone with Electrostatic–Hydrophobic Synergy To Enhance Protein Folding Regulation”為題，在《Journal of the American Chemical Society》上發表相關研究成果，在這項研究中， 研究團隊受天然Spy蛋白啟發，設計了一種多功能仿生納米伴侶（nChap），通過靜電-疏水協同作用增強蛋白質折疊調控能力，突破天然伴侶的局限。
研究方法
- 納米伴侶的理性設計
nChap由疏水性聚己內酯（PCL）內核和親水性聚乙二醇（PEG）/pH響應性聚β-氨基酯（PAE）混合殼層組成。通過修飾不同末端基團（氨基、羧基等），調控表面電荷特性，模擬Spy的電荷分布。
- QCM-D技術的關鍵作用
研究采用QSense耗散型石英晶體微天平（QCM-D）實時監測nChap與蛋白質的結合動力學。通過頻率變化（ΔF）定量分析不同電荷nChap對正/負電性蛋白（如CAB、木瓜蛋白酶）的吸附能力，揭示靜電相互作用的主導地位。
實驗結果與分析
- 熱應激下蛋白質穩定性的顯著提升
在80°C高溫下，nChap使多種酶的殘余活性提升50%以上。
圓二色光譜（CD）和熒光分析表明，nChap有效恢復熱變性蛋白的二級/三級結構。
- 靜電-疏水協同機制驗證
QCM-D數據顯示：帶正電的Gua-nChap對負電蛋白CAB吸附量達51.6 μg/mg，而帶負電的Phos-nChap對正電木瓜蛋白酶的吸附量更高（45.1 μg/mg），證實電荷互補增強結合。
熒光共振能量轉移（FRET）和靜態光散射（SLS）進一步證明，靜電作用引導蛋白進入nChap疏水微區，抑制聚集。
- 長期穩定性與廣譜適用性
在40°C下儲存20天，nChap使多種蛋白活性損失降低40%-60%。
成功應用于9種不同等電點（pI）和分子量的蛋白質，展現優于天然Spy的普適性。
結論與展望
該研究通過仿生設計提出了一種新型納米伴侶策略，兼具電荷可調性、多重疏水微區及環境穩定性，顯著提升蛋白質折疊調控效率。QCM-D技術為解析靜電-疏水協同機制提供了關鍵數據支持。未來，nChap有望在生物醫藥領域（如蛋白質藥物儲存、疾病相關蛋白聚集治療）中發揮重要作用，并為人工伴侶系統的開發提供新范式。
基金支持
國家自然科學基金（52293380、52073306等）、國家重點研發計劃（2022YFA1205700）、天津市自然科學基金（23JCZDJC00160）、中國醫學科學院醫學與健康科技創新工程（2022-I2M-2-003）。
原文鏈接
https://doi.org/10.1021/jacs.5c01133
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