我校物質(zhì)學(xué)院助理教授鐘超課題組利用簡(jiǎn)單的分子成功研發(fā)出結(jié)構(gòu)多樣、功能可控的超分子蛋白納米纖維，顯著拓寬了當(dāng)前納米纖維材料的多樣性和潛在應(yīng)用范圍。日前，該項(xiàng)成果以“Diverse Supramolecular Nanofiber Networks Made by Complex Assembly of Functional Low-Complexity Domains”為題，在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《ACS Nano》在線(xiàn)發(fā)表。

自組裝超分子納米結(jié)構(gòu)在自然界中廣泛存在，諸如維持生命體活動(dòng)的肌動(dòng)纖維，即由大量蛋白單體通過(guò)非共價(jià)鍵力自組裝聚合而成。鑒于超分子納米纖維制備簡(jiǎn)易、響應(yīng)環(huán)境等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)自組裝超分子結(jié)構(gòu)在納米科技、材料科學(xué)領(lǐng)域取得一系列突破性進(jìn)展，然而當(dāng)前人工合成的超分子納米體系卻很難實(shí)現(xiàn)材料結(jié)構(gòu)與功能的多元化。因此，如何制備出與自然界相媲美的功能多樣性、結(jié)構(gòu)多元化的納米材料也成為該領(lǐng)域一大研究熱點(diǎn)。

基于對(duì)生物材料的深入調(diào)研，鐘超課題組注意到一種可在低溫條件下緩慢形成納米纖維結(jié)構(gòu)的淀粉樣蛋白FUS LC。FUS LC是人體細(xì)胞內(nèi)能和RNA分子相結(jié)合形成RNA granules結(jié)構(gòu)的一類(lèi)蛋白結(jié)構(gòu)域，行業(yè)內(nèi)稱(chēng)為低復(fù)雜序列結(jié)構(gòu)域。該研究利用基因重組技術(shù)將多種功能性蛋白（例如綠色熒光蛋白EGFP）與FUS LC蛋白單體融合在一起，通過(guò)調(diào)控?cái)y帶不同功能的蛋白單體添加比例及順序，成功得到了無(wú)規(guī)共聚（random copolymer-like）、多嵌段（multiblock）以及自分類(lèi)（self-sorted）多功能超分子納米纖維結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)和功能可調(diào)的納米纖維其本身在納米防偽方面具有應(yīng)用前景。同時(shí)，課題組利用上述幾種功能納米纖維與無(wú)機(jī)材料表面修飾的特異性基團(tuán)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了金納米顆粒、量子點(diǎn)以及CdS納米棒等無(wú)機(jī)顆粒在上述復(fù)雜納米纖維結(jié)構(gòu)表面的空間特異性排布，將蛋白與無(wú)機(jī)材料緊密結(jié)合在一起，為之后導(dǎo)電纖維、生物納米催化等工作奠定基礎(chǔ)。

該論文第一作者是我校物質(zhì)學(xué)院2015級(jí)碩士研究生(17級(jí)博士)安柏霖，15級(jí)博士生王新宇為共同第一作者，通訊作者是鐘超助理教授，上科大是第一完成單位。此外，中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物交叉中心劉聰教授課題組,上科大iHuman研究所鐘桂生助理教授課題組以及MIT的Timothy K. Lu教授也參與了該項(xiàng)研究。上科大物質(zhì)學(xué)院、生命學(xué)院、中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物交叉中心以及國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究上海設(shè)施為材料表征給予了大力支持。這項(xiàng)利用簡(jiǎn)單的分子構(gòu)筑結(jié)構(gòu)和功能可調(diào)的蛋白納米纖維技術(shù)，已經(jīng)申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。該研究得到了上海市浦江人才計(jì)劃、上海曙光計(jì)劃、青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室中央財(cái)政專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)、國(guó)家自然科學(xué)聯(lián)合基金項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、上科大科研啟動(dòng)基金等項(xiàng)目支持。

文章鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.7b02298

細(xì)胞核蛋白的低復(fù)雜序列結(jié)構(gòu)域具有緩慢形成自組裝淀粉樣蛋白納米纖維的特征，利用一種重要的細(xì)胞核蛋白FUS的低復(fù)雜結(jié)構(gòu)域具有緩慢自組裝的特征，可以構(gòu)建出具有不同結(jié)構(gòu)特征和熒光功能的納米纖維網(wǎng)絡(luò)。圖像中顯示多嵌段超分子納米纖維（具有交替的紅色和綠色部分）和無(wú)規(guī)共聚物納米纖維（黃色）兩種纖維。這兩種纖維是通過(guò)控制自組裝的先后順序以及通過(guò)控制加入兩種單體蛋白（EGFP-FUS LC和mCherry-FUS LC蛋白）的摩爾比例分別制備出來(lái)的。

基于細(xì)胞核蛋白的低復(fù)雜序列結(jié)構(gòu)域構(gòu)建的結(jié)構(gòu)和功能可調(diào)節(jié)的納米纖維材料，圖中顯示從左到右三種纖維分別是：無(wú)規(guī)共聚物納米纖維，多嵌段超分子納米纖維以及自分類(lèi)納米纖維。