タンパク質設計：単一成分からなる準対称タンパク質ナノケージの設計
Nature 655, 8121 doi: 10.1038/s41586-026-10554-z
単一の構成要素から構築できる完全に対称で閉じた最大の集合体は60サブユニットの正二十面体だが、ウイルスは準対称性、すなわち集合体内の対称的に非等価な位置で同じサブユニットを用いることにより、数百から数千の同一サブユニットからなるキャプシド集合体を形成できる。準対称な単一成分集合体は、単一の構成要素のみを使って大きな内部容積を達成できるため、生物学的製剤の送達において大きな利点を持つ可能性がある。しかし、こうした構造の設計は困難であり、それは化学的に同一のサブユニットが対称的に非等価な別々の位置で異なるコンホメーションをとり、かつ異なる相互作用を形成するように設計しなければならず、そこには本質的な複雑さが存在するからである。今回我々は、プログラムされた曲率を持ち強く相互作用する構成要素の系で自発的対称性の破れから準対称性が生じ得ると予想し、この原理をケージアーキテクチャーのパラメトリック表現とRoseTTAFold diffusion生成モデル化を組み合わせる設計手法と結び付けることで、多様な準対称集合体を生成できることを示す。電子顕微鏡を用いて、180〜2160個のサブユニットがあり直径が68〜220 nmである、設計された3 ≤ T ≤ 36のケージと、設計された1 < T < 3の非正二十面体クラスリン様集合体の構造が確認された。クライオ電子顕微鏡法による構造決定から、T = 3アーキテクチャーでヘキソンとペントンの両方が形成されることに伴う全体的な対称性の破れが、設計されたサブユニット界面における対称性の破れから生じる仕組みが示された。今回の結果は、複雑系の詳細なアーキテクチャーが系全体の特性の設計によってどのように制御できるかを示しており、我々の手法は生物学的製剤の送達やその他の応用に向けた大型の準対称集合体を設計するためのロードマップを提供するものだ。
