Гемоглобин и достаточное количество других комплексов белка симметричны: сделанный из идентичных единиц. И так как идентичные единицы произведены из того же самого гена, каждая генетическая мутация повторена многократно в комплексе.
Мутации, которые создают липкие участки и повторены на противоположных сторонах комплекса, могут побудить белки складывать в длинные волокна белка. В отличие от как будто крахмалистых волокон белка, комплексы в этих стеках не изменяют форму или разворачиваются, чтобы собраться.Неподвижность происходит, потому что мутация заменяет аминокислотой, которая обычно является мягкой контактной линзой – «любовью воды» – с той, которая является гидрофобной – «ненависть воды».
В водянистой окружающей среде, в которую перемещаются белки, гидрофобные регионы на тех белках предпочитают взаимодействовать друг с другом, как пузыри пены в воде.В их экспериментах Леви и его группа, включая Гектора Гарсию-Сеисдедо, Чарли Эмпереур-Мота (кто теперь в Conservatoire National des Arts et Metiers в Париже) и Nadav Elad Химического Отдела Поддержки исследований Института Вайцмана, начали с ультрасимметричного комплекса белка, составленного из восьми идентичных единиц. Они следовали всего одному правилу для видоизменения белков: Переключите гидрофильную аминокислоту с гидрофобным, «липким», один.
Команда первоначально создала белки с тремя мутациями к двум различным липким аминокислотам и наблюдала подобную Lego самосборку в обоих случаях. Занимаясь расследованиями далее, команда экспериментировала с каждой мутацией индивидуально и нашла, что каждый был способен, самостоятельно, производства длинных нитей.
Так, мутации, которые только делают одна вещь – увеличивает неподвижность поверхности белка – вероятно, чтобы вызвать подобную Lego самосборку? Исследователи видоизменили 11 дополнительных белков, которые, как известно, сформировали симметричные комплексы – создание 73 различных мутаций всего – и произвели их в клетках хлебопекарных дрожжей, добавив флуоресцентный белок «этикетка», чтобы позволить их визуализацию. В 30 из этих изменений исследователи наблюдали поведение, которое предложило самосборку: приблизительно половина из них сложила в длинные нити, в то время как другая половина была связана вместе более аморфным способом, формируя «очаги».
Если исследователи воспроизвели явление нитей серповидного эритроцита так легко в лаборатории, почему это не замечено больше в биомедицинском исследовании? Леви предлагает два ответа: Во-первых, команда показала, что естественно симметричные белки развились, чтобы иметь дополнительные гидрофильные аминокислоты на их поверхностях, таким образом минимизировав риск самосборки. Во-вторых, говорит Леви, исследователи, вероятно, видят больше собраний Lego, чем они думают: «Теперь, когда исследователи знают, что они могут развиться так легко, они могут посмотреть на очаги более тщательно и видеть многие более биологически соответствующие подобные Lego собрания».
«Также», он добавляет, «нити произведены так легко в дрожжах, они могли быть хорошими кандидатами на леса наноструктур. Наше исследование было уникально в этом, оно не потребовало сложного вычислительного дизайна, и при этом мы не должны были просматривать тысячи мутаций, чтобы найти ту, которую мы хотели.
Мы просто начали с существующей структуры и нашли простую стратегию побудить собрание нитей».