In nature, proteins are major building blocks and many protein-based assemblies are used in various cell processes. Therefore, developing artificial protein assemblies have been studied based on these natural processes. In this study, new 3D high-order protein assemblies are introduced through multivalent interactions between proteins. For protein-protein interactions, binding pairs were connected to backbone proteins, and oligomeric proteins were used to make multivalent interactions with multiple binding sites. First, I developed double-layered protein nano-prisms that is discrete by linking binding pairs, SpyCatcher/SpyTag, to previously designed GFP oligomers. The GFP nano-prisms can also have flexible structures through the addition of longer linker between GFP oligomer and binding pair. This strategy is applied to other oligomeric proteins to produce not only prism structures but also 1D fibrous structures. In addition, protein mega-cages were fabricated by combining two oligomers outside the metal-mediated protein condensates. The protein mega-cages are stable enough to carry some biomolecules such as DNA and proteins inside. Furthermore, it is expected that these constructed protein assemblies can be used as new biomaterials.
자연계에서는 단백질을 기반으로 한 여러 단백질 구조체들이 다양한 세포 활동 과정에 이용되고 있다. 이러한 자연 현상에 기반하여 여러 형태의 인공적인 단백질 조립체들을 개발하는 연구 역시 활발히 이루어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 자연계에서 많이 이용되는 단백질 사이의 다중 결합을 통해 새로운 형태의 3차원 고차 단백질 구조체를 제작하고자 한다. 단백질-단백질 상호작용을 위하여 골격 단백질에 결합쌍을 도입함과 동시에, 여러 결합부위를 가지는 단백질 중합체를 도입하여 단백질 다중 결합을 가능하게 하였다. 첫째로, 이전에 개발된 녹색 형광 단백질 중합체에 결합쌍을 연결시켜 안정적이면서도 다양하게 확장 가능한 이층 구조의 단백질 나노 프리즘 구조체를 개발하였다. 또한 금속 이온을 이용한 단백질 응축액 바깥에 다중 결합이 가능한 단백질 쌍들을 연결하여 거대 단백질 케이지 조립체를 제작하였다. 나아가 이렇게 개발된 단백질 조립체들은 새로운 생체 재료로 활용될 수 있을 것이라 생각된다.
