材料科学：ポピュレーションに基づくヘテロポリマー設計によるタンパク質混合物の模倣

最も複雑な混合物である生物体液の組成は、絶えず変化しており分子的に定義できない。こうした不確かさにもかかわらず、タンパク質は、プログラムされたとおりに変動し、折りたたまれ、機能し、進化する。我々は、タンパク質の配列には、既知のモノマー配列要件に加えて、セグメントレベルで複数対の相互作用がコードされており、ランダムな遭遇をうまく乗り切っていて、そうした相互作用を模倣できる合成ヘテロポリマーは、生物体液中のタンパク質の個々の挙動や集団的な挙動の仕方を再現できると提案する。今回我々は、天然タンパク質ライブラリーからセグメントレベルでタンパク質鎖に沿って化学的特性と連鎖配列を抽出し、その情報を用いて、無秩序なタンパク質、部分的に折りたたまれたタンパク質、折りたたまれたタンパク質の混合物としてヘテロポリマーアンサンブルを設計した。各ヘテロポリマーアンサンブルについて、天然タンパク質とのセグメントレベルでの類似性の程度が、翻訳時のタンパク質の折りたたみの支援、冷凍なしでのウシ胎仔血清生存率の維持、タンパク質の熱安定性の向上、生体関連条件下での合成細胞質ゾル様の挙動を含む、生物体液の多くの機能を再現する能力を決定する。分子的研究によって、さらにセグメントレベルのタンパク質配列情報が、明確な範囲、多様性の程度、時空間的利用可能性を持つ分子間相互作用へと翻訳された。この枠組みは、タンパク質の特性を合成により実現し、生体/非生体ハイブリッド材料を設計し、究極的には物質から生命体への変換を実現する有用な指針をもたらす。

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