El objetivo central de la nanotecnología es la manipulación de materiales a escala atómica o molecular, especialmente para construir dispositivos o estructuras microscópicas. Las jaulas tridimensionales son uno de los objetivos más importantes, tanto por su simplicidad como por su aplicación como portadores de drogas paramedicina. La nanotecnología del ADN utiliza moléculas de ADN como "Legos" programables para ensamblar estructuras con un control que no es posible con otras moléculas.
Sin embargo, la estructura del ADN es muy simple y carece de la diversidad de proteínas que forman la mayoría de las jaulas naturales, como los virus. Desafortunadamente, es muy difícil controlar el ensamblaje de proteínas con la precisión del ADN. Es decir, hasta hace pocoNicholas Stephanopoulos, profesor asistente en el Centro de Biodiseño de la Universidad Estatal de Arizona para Diseño Molecular y Biomimética, y la Facultad de Ciencias Moleculares, y su equipo construyeron una jaula construida a partir de bloques de construcción de proteínas y ADN mediante el uso de ADN-proteína covalenteconjugados
en un artículo publicado en ACS Nano Stephanopoulos modificó una proteína homotrimérica una enzima natural llamada aldolasa KDPG con tres asas de ADN de cadena sencilla idénticas mediante la funcionalización de un residuo reactivo de cisteína que introdujeron en la superficie de la proteína. Esta proteína-ADN "Lego" fue ensamblada conjuntamente con un triánguloEstructura de ADN que lleva tres brazos complementarios a las asas, lo que resulta en jaulas tetraédricas compuestas de seis lados de ADN cubiertos por el trímero de proteínas. Las dimensiones de la jaula podrían ajustarse a través del número de vueltas por brazo de ADN y las estructuras híbridas se purificaron y caracterizaron paraconfirmar la estructura tridimensional
Las jaulas también se modificaron con ADN usando química de clic, que es un tipo de química personalizada, para crear elementos rápidamente con gran fiabilidad uniendo unidades microscópicas que demuestran la generalidad del método.
"El enfoque de mi laboratorio permitirá la construcción de nanomateriales que posean las ventajas de la nanotecnología de proteínas y ADN, y encontrar aplicaciones en campos como la entrega dirigida, la biología estructural, la biomedicina y los materiales catalíticos", dijo Stephanopoulos.
Stephanopoulos y su equipo ven una oportunidad con jaulas híbridas, fusionando bloques de construcción de proteínas autoensamblables con un andamio de ADN sintético, que podrían combinar la bioactividad y la diversidad química de las primeras con la programabilidad de las últimas. Y eso es lo quese propusieron crear: una estructura híbrida construida a través de la conjugación química de mangos de oligonucleótidos una cadena de ADN sintético en un bloque de construcción de proteínas. La base triangular que lleva tres mangos de ADN monocatenarios complementarios se autoensambla y purifica por separado calentándolapara alterar sus propiedades.
"Razonamos que al diseñar estos dos bloques de construcción purificados, se unirían espontáneamente de manera programable, usando las propiedades de reconocimiento de los mangos de ADN", dijo Stephanopoulos. "Fue especialmente crítico usar una proteína altamente estable térmicamente comoesta aldolasa, porque este autoensamblaje solo funciona a 55 grados Celsius, y muchas proteínas se deshacen a esas temperaturas ".
Otra ventaja del ADN, que no es posible con las proteínas, es ajustar el tamaño de la jaula sin tener que rediseñar todos los componentes. Stephanopoulos continuó: "El tamaño de este conjunto podría ajustarse racionalmente cambiando la longitud de cada borde de ADN,mientras que la proteína proporcionaría un andamio para la unión de moléculas pequeñas, dirigidas a péptidos o incluso proteínas de fusión ".
Si bien existen otros ejemplos de estructuras híbridas, esta jaula en particular es la primera construida a través de la conjugación química de mangos de oligonucleótidos en un bloque de construcción de proteínas. Esta estrategia en principio se puede expandir a una amplia gama de proteínas algunas con habilidades para atacar el cáncer,por ejemplo. Así, el trabajo de Stephanopoulos tiene el potencial de habilitar un campo híbrido completamente nuevo de nanotecnología de proteína-ADN con aplicaciones que no son posibles con proteínas o ADN solo.
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Arizona . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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