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淀粉樣纖維作為典型的蛋白質(zhì)聚集體，其分子構(gòu)象變化與形成機(jī)制是探討一系列神經(jīng)退行性疾病病理過程、開發(fā)功能性生物材料的重要科學(xué)問題。Ninjurin-1（NINJ1）蛋白是多種類型細(xì)胞死亡的終末執(zhí)行者，通過在細(xì)胞質(zhì)膜上組裝介導(dǎo)膜破裂。其N端兩親性α-螺旋被認(rèn)為是執(zhí)行該功能的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)域。此前研究發(fā)現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)域具有破膜特性，但相關(guān)分子機(jī)制尚不明確。近期，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心等，結(jié)合常規(guī)和高速原子力顯微鏡、圓二色譜和冷凍電鏡等技術(shù)，闡明了NINJ1蛋白N端結(jié)構(gòu)域衍生肽HE30的破膜機(jī)理及其構(gòu)象變化形成淀粉樣纖維的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變特性。研究發(fā)現(xiàn)，單體HE30通過非溶孔性的“地毯式”機(jī)制與脂膜相互作用，誘導(dǎo)膜厚度減小，從而破壞細(xì)胞膜。同時(shí)，HE30在溶液中自發(fā)經(jīng)歷從α-螺旋到β-折疊的構(gòu)象轉(zhuǎn)變，并進(jìn)一步組裝形成淀粉樣纖維。這些纖維展現(xiàn)出環(huán)境響應(yīng)性：在常溫下主要形成非扭曲結(jié)構(gòu)，而在升溫條件下轉(zhuǎn)變?yōu)樽舐菪螒B(tài)，并可進(jìn)一步組裝成高階超螺旋纖維束。酸性環(huán)境促進(jìn)纖維組裝，但堿性條件可使纖維可逆性解聚回到α-螺旋單體構(gòu)象。通過原位原子力顯微鏡實(shí)時(shí)成像技術(shù)，研究揭示了HE30纖維的兩端非對(duì)稱性生長機(jī)制。結(jié)合冷凍電鏡技術(shù)，研究解析了螺旋纖維的兩種形態(tài)，揭示其交叉β-折疊核心結(jié)構(gòu)是由疏水相互作用和靜電相互作用共同作用的分子基礎(chǔ)。研究進(jìn)一步將HE30纖維作為溫度響應(yīng)型模板，引導(dǎo)金納米粒子組裝成直線型和螺旋型兩種不同超結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)了其在功能材料領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。這一研究深化了科研人員對(duì)NINJ1介導(dǎo)質(zhì)膜破裂機(jī)制的理解，為新型淀粉樣纖維功能材料的開發(fā)和應(yīng)用打下基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Nano上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的支持。論文鏈接HE30自組裝機(jī)制示意圖