逐次表面インプリント法を用いたタンパク質特異的かつ可逆的なナノ受容体の構築

Construction of Specific and Reversible Nanoreceptors for Proteins via Sequential Surface-Imprinting Strategy.

• Muhua Zhao
• Shan Huang
• Huaisyuan Xie
• Jiayu Wang
• Xiaoli Zhao
• Mengyuan Li
• Meiping Zhao

抄録

タンパク質の分子認識は、タンパク質に関連した生物学的プロセスの研究や操作に不可欠であるが、タンパク質を正確に認識するための生物学的受容体の設計と合成は、未だに困難な課題である。しかし、タンパク質を正確に認識するための生物学的受容体の設計と合成は、依然として困難な課題である。本研究では、2種類の異なるインプリンティング反応を統合したユニバーサルシーケンシャル表面インプリンティング法を開発し、高選択性の人工タンパク質受容体を構築しました。第一段階および第二段階のインプリンティング反応として、それぞれドーパミンの自己重合およびホウ酸/ジオールの錯形成を用いて、2種類の異なる酵素タンパク質（デオキシリボヌクレアーゼI（DNase I）およびアピュリン/アピリミジン酸エンドヌクレアーゼ/レドックスエフェクターファクター1（APE1））に対する表面インプリンティング磁性ナノ複合体を合成した。得られたナノコンポジットはいずれも、それぞれのテンプレートタンパク質に対して強力かつ特異的な結合を示した。さらに、結合した酵素は、穏やかなバッファー条件下で高い活性で完全に回収することができました。これらの抗体のような特異的で可逆的な結合特性により、複合体血清サンプルからの低欠乏性の標的タンパク質の効率的な精製と濃縮が可能となりました。既存のワンポットまたはワンステップインプリント法と比較して、提案されたシーケンシャル表面インプリント法は、異なる機能性モノマーのより柔軟な組み合わせを提供し、インプリントされた材料の性能と生体適合性を大幅に向上させます。また、この方法の汎用性とシンプルさは、人工タンパク質受容体を作製するための魅力的で競争力のある方法となるだろう。

Molecular recognition of proteins is critical for study and manipulation of protein-related biological processes. However, design and synthesis of abiotic receptors for precise recognition of proteins still remains a challenging task. Herein, we developed a universal sequential surface-imprinting strategy that integrated two different types of imprinting reactions to construct artificial protein receptors with high selectivity. Employing dopamine self-polymerization and boronate/diol complexation as the first-step and second-step imprinting reactions, respectively, we synthesized surface-imprinted magnetic nanocomposites against two different enzyme proteins: deoxyribonuclease I (DNase I) and apurinic/apyrimidinic endonuclease/redox effector factor 1 (APE1). The obtained nanocomposites both showed strong and specific binding toward their respective template proteins. Moreover, the bound enzymes could be totally recovered with high activity under mild buffer conditions. These antibody-like specific and reversible binding properties enabled effective purification and enrichment of the low-abundance target proteins from complex serum samples. Compared to existing one-pot or one-step imprinting methods, the proposed sequential surface-imprinting approach offers a more flexible combination of different functional monomers and greatly enhances the performance and biocompatibility of the imprinted materials. The generality and simplicity of the sequential imprinting strategy would make it an appealing and competitive method to prepare artificial protein receptors.