淀粉樣纖維作為一種典型的蛋白質(zhì)聚集體，其分子構(gòu)象變化與形成機(jī)制是理解一系列神經(jīng)退行性疾病病理過程及開發(fā)功能性生物材料的核心科學(xué)問題。Ninjurin-1 (NINJ1)蛋白是多種類型細(xì)胞死亡的終末執(zhí)行者，通過在細(xì)胞質(zhì)膜上組裝介導(dǎo)膜破裂。其N端兩親性α-螺旋被認(rèn)為是執(zhí)行該功能的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)域，之前的研究發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)域具有破膜特性，但相關(guān)分子機(jī)制尚不明確。

中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心軟物質(zhì)物理實(shí)驗(yàn)室SM06組焦放特聘研究員聚焦于生物大分子在近生理環(huán)境下的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)與功能機(jī)制研究。近期，該團(tuán)隊(duì)結(jié)合常規(guī)和高速原子力顯微鏡、圓二色譜和冷凍電鏡等技術(shù)系統(tǒng)闡明了NINJ1蛋白N端結(jié)構(gòu)域衍生肽HE30的破膜機(jī)理及其構(gòu)象變化形成淀粉樣纖維的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變特性。

研究發(fā)現(xiàn)，單體HE30通過非溶孔性的"地毯式"機(jī)制與脂膜相互作用，誘導(dǎo)膜厚度減小，從而破壞細(xì)胞膜。此外，HE30在溶液中自發(fā)經(jīng)歷從α-螺旋到β-折疊的構(gòu)象轉(zhuǎn)變，并進(jìn)一步組裝形成淀粉樣纖維。這些纖維展現(xiàn)出顯著的環(huán)境響應(yīng)性：在常溫下主要形成非扭曲結(jié)構(gòu)，而在升溫條件下則轉(zhuǎn)變?yōu)樽舐菪螒B(tài)，并可進(jìn)一步組裝成高階超螺旋纖維束。酸性環(huán)境（~pH4.4）促進(jìn)纖維組裝,但堿性條件能使纖維可逆性解聚回到α-螺旋單體構(gòu)象。通過原位原子力顯微鏡實(shí)時(shí)成像技術(shù)，揭示了HE30纖維的兩端非對(duì)稱性生長(zhǎng)機(jī)制。結(jié)合冷凍電鏡技術(shù)，解析了螺旋纖維的兩種形態(tài)，揭示其交叉β-折疊核心結(jié)構(gòu)是由疏水相互作用和靜電相互作用共同作用的分子基礎(chǔ)。此外，將HE30纖維作為溫度響應(yīng)型模板，成功引導(dǎo)金納米粒子組裝成直線型和螺旋型兩種不同超結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)了其在功能材料領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。該研究不僅深化了對(duì)NINJ1介導(dǎo)質(zhì)膜破裂機(jī)制的理解，也為新型淀粉樣纖維功能材料的開發(fā)和應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

相關(guān)研究工作以“Amyloid Fibrillation of a Ninjurin-1-Derived α-Helical Peptide: Structural Insights into Conformational Transition”為題發(fā)表在ACS Nano上，來自中國(guó)人民大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的博士研究生王美嬌與中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所博士研究生夏文程為本文共同第一作者，中國(guó)科學(xué)院物理研究所焦放特聘研究員、中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所劉聰研究員與中國(guó)人民大學(xué)張建平教授員為共同通訊作者。該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。

HE30自組裝機(jī)制的示意圖。單體HE30通過非溶孔性的"地毯式"機(jī)制與脂膜相互作用，誘導(dǎo)膜厚度減?。籋E30經(jīng)歷α-螺旋到β-折疊的轉(zhuǎn)變，分層組裝成非扭曲原纖維、扭曲原纖維，以及形成高階超螺旋結(jié)構(gòu)。

編輯：zzz