Обратимую ассоциацию и диссоциацию наночастиц под действием ферментов – киназы и фосфатазы – осуществила группа ученых из США.

Идея контролируемого создания связей между частицами позаимствована у природы. Многие белки в организме подвержены модификациям. Например, фосфорилирование (присоединение фосфата к определенному аминокислотному остатку) часто переводит белки из неактивного состояния в активное (или наоборот). В одном из состояний белки способны связываться со своими партнерами, в другом – не способны.

Фосфорилирование белков происходит под действием специальных ферментов – киназ. Существует и фермент с прямо противоположной активностью: фосфатаза отщепляет от белков фосфатные группы.

Чтобы создать систему наночастиц, которые могли бы объединяться при действии киназы и вновь распадаться при действии фосфатазы, ученые синтезировали две совокупности суперпарамагнитных наночастиц, обе на основе оксида железа, покрытого декстраном. К первым частицам пришили фрагмент белка, который является субстратом для киназы (и значит, может быть фосфорилирован). Вторые были модифицированы доменом другого белка, который специфично взаимодействует с фосфорилированной формой белкового фрагмента, пришитого к первым наночастицам.

Если к смеси этих двух разновидностей наночастиц добавить киназу и АТФ (источник фосфатной группы), произойдет реакция фосфорилирования первого семейства наночастиц. Они станут способны взаимодействовать с частицами второго типа. Это, в свою очередь, приведет к росту размеров частиц. При добавлении фосфатазы частицы, наоборот, диссоциируют (рисунок вверху).

Таким образом, ассоциация и диссоциация наночастиц зависит от активности ферментов (киназы и фосфатазы). Размер ассоциатов можно отслеживать методом ЯМР: время релаксации Т2 атомов водорода зависит от размера частиц (рисунок внизу). Система многократно работает при наномолярных концентрациях наночастиц и пикомолярных концентрациях ферментов.

Авторы исследования предполагают, что разработанный ими метод позволит изучать условия, при которых проявляется киназная либо фосфатазная активность, когда в системе находятся сразу оба противодействующих фермента – ведь в клетке они тоже присутствуют одновременно, и не вполне понятно, что определяет «победу» одного из них в каждой конкретной ситуации. Кроме того, с использованием подобной системы можно проводить поиск и изучение ингибиторов этих ферментов. Методика может быть легко модифицирована для изучения других ферментов-антагонистов. Не стоит также забывать, что речь идет о контролируемой самосборке наночастиц, что может найти множество применений, отмечают ученые.

Работа «Nanoparticle self-assembly directed by antagonistic kinase and phosphatase activities» опубликована в журнале Advanced materials.

«Нанометр»