In order to efficiently deliver a biomolecule to a target cell, a compartmentalized internal cavity that can protect the delivery material from the external environment is required. In vivo, a complex hierarchical structure is formed to construct a physical barrier using lipids, polysaccharides and proteins. Such various biomaterials are being developed as a delivery platform capable of performing a specific function through genetic or chemical modification, and used for diagnosis and treatment of diseases. In particular, among nano-sized structures, cage proteins have low toxicity, high solubility, and ideal size for endocytosis. The cage protein forms a delivery structure through a specific interaction with cargos. Most of the encapsulation strategy require disassembly process, binding to the cargos and then reassembling to form a complete cage. In this process, a loss of cage protein may occur and the efficiency of drug or biomaterial loading may be lowered, which can be viewed as a disadvantage of a protein-based delivery system. Therefore, in this study, Archaeoglobus fulgidus ferritin (AfFtn) derived from archaea and mi3 cage protein implemented by computational protein design were engineered to encapsulate biomolecules by simple mixing rather than goes through the process of disassembly/reassembly. A protein cage delivery system capable of active and selective encapsulation has been developed.
표적 세포에 생체 분자를 효율적으로 전달하려면 외부 환경으로부터 전달 물질을 보호할 수 있는 구획된 내부 공간(cavity)이 필요하다. 생체 내에서는 지질, 다당류 및 단백질을 이용하여 물리적 장벽(physical barrier)을 구성하기 위해 복잡한 계층 구조를 형성한다. 이와 같은 다양한 생체 재료(biomaterials)는 유전적 또는 화학적 개량을 통해 특정한 기능을 수행할 수 있는 물질 전달 플랫폼으로 개발되고 있고 질병의 진단 및 치료에 이용되고 있다. 특히 나노 크기의 구조체 중에서 케이지 단백질은 낮은 독성과 높은 용해도, 세포 침투를 위한 endocytosis에 이상적이 크기를 가지고 있고 다양한 interface engineering이 용이하여 생체 분자 전달체로 많은 장점을 가지고 있다. 케이지 단백질은 전달 물질과 특정 결합을 통해 전달 구조체를 이루는데 대부분 케이지 단백질 조립체가 분리된 상태에서 먼저 전달 물질과 결합하고 다시 조립되는 과정이 필요하다. 이러한 과정에서 케이지 단백질의 손실이 발생할 수 있고 약물 또는 생체 물질 로딩의 효율이 낮아지게 되어 단백질 기반의 전달 시스템의 단점으로 볼 수 있다. 이에 본 연구에서는 Archaea에서 유래된 Archaeoglobus fulgidus ferritin (AfFtn)과 computational protein design으로 구현된 mi3 케이지 단백질을 이용하여 분리-결합-재조립의 과정을 거치는 전달체가 아닌 이미 조립된 케이지 단백질과 전달 물질을 섞기만 해도 능동적인 전달 물질의 흡수가 가능한 케이지 세포 전달체를 개발하였다.
