タンパク質設計：2成分からなる準対称のタンパク質ケージのde novo設計
Nature 655, 8121 doi: 10.1038/s41586-026-10464-0
準対称を持つ正二十面体ウイルスキャプシドは、対称的で非等価な部位でさまざまなコンホメーションをとる1種類のサブユニットを使って五角形と六角形を埋め尽くすことにより、厳密に対称な正二十面体で可能な場合よりもサイズを大きくすることができる。このような準対称な構造を計算設計で再現することは、ナノ材料工学における大きな課題の1つである。今回我々は、幾何学的フラストレーションに基づいて計算設計戦略を導入して、2成分で構成された、カスタマイズ可能な特性を持つ準対称のタンパク質ケージを生成した。我々が設計したのは、相補的な三量体成分と二量体のタンパク質成分で、それらが共集合して、正の曲率を持つ局所的な六角形構造を形成する。六角格子はタイルのように並んで球面を覆うことはできないが、これらの成分はその代わりに、湾曲を引き起こす五角形の欠陥を取り込むことによって集合し、閉じた球状ケージを形成することが、電子顕微鏡によって証明された。我々は、さまざまな局所的湾曲をコードする二量体を設計することによって、直径40 nmから200 nm以上、分子量は2 MDaから50 MDa以上に及ぶ、天然のウイルスキャプシドに匹敵するケージ寸法をプログラムした。さらに我々は、これらの大型のケージに、また別のタンパク質ドメインを加えて機能化し、リボ核タンパク質という積み荷の搭載と細胞による取り込みを可能にした。蛍光標識したケージ集合体を哺乳類細胞で発現させたところ、これらの集合体は流動学的プローブや積み荷の誘引装置として働き、これによってサイズに依存した細胞質での拡散とタンパク質の局在についての系統的研究が可能になった。このように、以前から構造生物学者の興味を引きつけてきた準対称性は、今や計算タンパク質設計によって実現可能であり、この結果はバイオ医薬品の送達と分子細胞生物学にすぐにも応用されるだろう。
