Hydrogele ganz aus Proteinen tragen das Potenzial, die so unterschiedlichen Bereichen wie Tissue Engineering, Drug Delivery und biofabrication ein deutlich voranzubringen. Sie bieten Vorteile gegenüber herkömmlichen synthetischen Polymer Hydrogele einschließlich Biokompatibilität und das Potenzial, nicht-invasiv unterstützt den Einbau von Kugelstern bioaktiven Proteinen.
In dieser Arbeit beschreiben wir die Entwicklung einer neuen Protein-Hydrogel über eine Split-Intein-vermittelten Protein Transspleißreaktion und seine Anwendung als ein Protein Immobilisierung Gerüst (1) ausgebildet ist. Die Bausteine für diese Protein-Hydrogel zwei Blockcopolymeren, die jeweils den N-oder C-terminales Fragment eines getrennten Inteins (IN und IC) und einer Untereinheit eines multimeren Proteins Vernetzer. Die DnaE Intein aus Nostoc punctiforme (Npu) wurde als Splitinteins 2,3 und einem kleinen trimere Protein (12 kDa) CUTA aus Pyrococcus horikoshii / Em> wurde als Vernetzer Protein 4,5 verwendet. Verschiedene Vernetzer werden durch Intein katalysiert Transspleißreaktion verbunden, was zur Bildung eines stark vernetzten Proteinnetzwerk (Hydrogel). Npu Intein wurde wegen seiner schnellen Reaktionskinetik (t 1/2 = 63 sec) und hohe trans-Spleißen Ausbeute (fast 80%) 2,3 gewählt. Die CUTA Protein wurde als Vernetzungsmittel aufgrund seiner hohen Stabilität ausgewählt. CUTA Trimere eine Denaturierungstemperatur in der Nähe von 150 ° C und halten trimeren Quartärstruktur in Lösungen, die bis zu 5 M Guanidin-Hydrochlorid 4,6. Da Wechseleinheit zwischen verschiedenen Vernetzer ist ein wesentlicher Faktor der physischen Hydrogel Oberflächenerosion 7, sollte die sehr starke Wechselwirkung zwischen den Untereinheiten in CUTA wie Börsen-Untereinheit abhalten, was zu einer stabileren Hydrogel. Einer dieser Bausteine enthält auch eine stark hydrophile Peptid S-Fragment als Mittelblock, um Wasser zu erleichternRetention 8.
Das Mischen der beiden Hydrogel Bausteine initiiert eine trans-Spleißen Reaktion zwischen dem IN-und IC-Intein-Fragmente, wodurch eine längere Polypeptidkette mit Vernetzer in beiden Terminals. Vernetzer aus mehreren solchen Moleküleinheiten miteinander interagieren, wodurch eine hochvernetzte Hydrogel-Netzwerk (1A). Ein spezifisches "Dockingstation Peptid" (DSP) in einem der Hydrogel-Bausteine enthalten, um stabile Immobilisierung einer markierten Target-Protein in das Hydrogel "Docking-Protein" (DP) zu erleichtern. Die Verwendung eines getrennten Inteins zum Hydrogel Anordnung vermitteln stellt nicht nur zusätzliche Flexibilität für die Protein-Hydrogel-Synthese, sondern ermöglicht auch hoher Dichte, gleichmäßige Belastung des Zielproteins während des gesamten Hydrogel, da die Zielproteine vor der Hydrogelbildung geladen.
Die Intein-vermittelten Protein-Hydrogel ist sehr staBLE in wässriger Lösung mit wenig bis gar keinem nachweisbaren Erosion nach 3 Monaten bei Raumtemperatur. Stabilität in einem weiten pH-Bereich (6-10) und Temperaturen (4-50 ° C) gehalten wird, und das Hydrogel auch mit organischen Lösungsmitteln kompatibel. Das grün fluoreszierende Protein (GFP) und Meerrettich-Peroxidase (HRP): Dieses Hydrogel wird zur Immobilisierung von zwei globulären Proteinen verwendet. Hydrogel Einschließen des letzteren Proteins verwendet wird, um die Biokatalyse in einem organischen Lösungsmittel durchzuführen.