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アラニン走査突然変異誘発法による残基分解能でのナノ粒子とタンパク質間の特異的な相互作用の特性化
Characterization of the specific interactions between nanoparticles and proteins at residue-resolution by alanine scanning mutagenesis.
PMID: 32672033 DOI: 10.1021/acsami.0c05994.
抄録
ナノ粒子とタンパク質の相互作用は、ナノバイオ分野の中心的な問題である。しかし、ナノ粒子とタンパク質の特異的な相互作用を構造的に詳細に特徴づけることは、まだまだ大きな課題です。私たちは、天然抗体の相補的決定領域（CDR）を金ナノ粒子にグラフトして作製した人工抗体であるGoldbodiesをモデルとして、金ナノ粒子上のCDRペプチドの重要な残基をアラニン走査突然変異誘発法で同定し、特異的な相互作用を明らかにしました。2つのゴールドボディ（それぞれ鶏卵白リゾチームと上皮成長因子受容体と特異的に結合する）上のCDRペプチドの残基を1つずつアラニンに変異させ、2つのゴールドボディの合計18個の単一変異体を生成しました。実験の結果、2つのGoldbodiesと対応する抗原との間の特異的な相互作用のためのCDRペプチドの重要な残基が、天然抗体のそれと全く同じであることが明らかになり、天然抗体のCDRの正しいコンフォメーションがAuNP上で再構築されることに成功した。これは、設計されたナノ粒子とタンパク質の間の特異的な相互作用のための最初の残基分解能の構造図である。
The interaction between nanoparticles and proteins is a central problem in the nano-bio fields. However, it is still a great challenge to characterize the specific interaction between nanoparticles and proteins in structural details. Using the Goldbodies, the artificial antibodies created by grafting complementary-determining regions (CDRs) of natural antibodies onto gold nanoparticles, as the models, we manage to identify the key residues of the CDR peptides on gold nanoparticles for the specific interactions by alanine scanning mutagenesis. Each and every residue of the CDR peptides on two Goldbodies (which specifically bind with hen egg white lysozyme and epidermal growth factor receptor, respectively) is mutated to alanine one by one, generating a total of 18 single-mutants of the two Goldbodies. Experimental results reveal that the key residues of the CDR peptides for the specific interactions between the two Goldbodies and the corresponding antigens are exactly the same as that in the natural antibodies, thus prove that the correct conformations of the CDRs of natural antibodies have been successfully reconstructed on AuNPs. This is the first residue-resolution structural illustration for the specific interaction between a designed nanoparticle and a protein.