亚稳态二聚体中间体驱动类天然蜘蛛丝蛋白纤维化，而脱水促进交叉β结构转变

蜘蛛牵引丝的卓越力学性能源于螺丝蛋白的层级化自组装；然而，仿 mimicking 这一过程以生成类似天然结构的产物仍然面临挑战。在此，我们报道了一种亚稳态二聚体中间体，认为其是纤维发生过程中的关键分子因素。小角 X 射线散射（SAXS）和原子力显微镜（AFM）结果表明，该中间体具有由溶剂排斥型“干界面”稳定的致密核心，外围则环绕着伸展的无规卷曲区域。在核心内部，部分聚丙氨酸区段通过侧链堆积而非主链 β-折叠结构保持稳定；而大多数聚丙氨酸区段仍暴露于周围的无规卷曲区域中。当变性剂浓度降低时，这些暴露的聚丙氨酸区段会与纤维末端处对应的区段配对，形成分子间 β-折叠结构，后者充当连接体，驱动二聚体颗粒逐步进行端对端聚合。在溶液中，所形成的纤维呈现有序的 β-结构，其中多肽链平行于纤维轴排列；这不同于类淀粉样交叉 β 结构，后者的链段垂直于纤维轴排列。这一结构特征与天然丝纳米纤维的关键构型相吻合。然而，X 射线衍射（XRD）分析表明，这些类天然纳米纤维在干燥过程中会不可逆地转变为类淀粉样交叉 β 结构。因此，尽管可以通过自组装获得类天然纤维，但在最终脱水步骤中却会失去结构控制。基于此，我们提出了一项将自组装与脱水过程解耦的一般性原则：首先形成类天然纳米纤维，随后在限制分子链运动能力的条件下进行干燥（例如施加机械约束或将其固定在表面上）；我们预计，这样可以抑制其通过热力学弛豫转变为交叉 β 结构。

蜘蛛牵引丝的优异力学性能源于层级化的丝蛋白自组装，但要模拟这一过程并生成类似天然丝的结构仍然颇具挑战。在此，我们报道了一种亚稳态二聚体中间体，它是原纤维形成过程中不可或缺的分子因素。小角X射线散射（SAXS）和原子力显微镜（AFM）揭示，该中间体具有一个由溶剂排斥的“干界面”稳定的致密核心，外围环绕着延展的无规卷曲区域。在核心内部，部分聚丙氨酸区段通过侧链堆积而非主链β-折叠得到固定；而大多数聚丙氨酸区段仍暴露于周围的卷曲区域中。随着变性剂浓度降低，这些暴露的聚丙氨酸区段会与原纤维末端处相应的区段配对，形成分子间β-折叠结构；这些结构充当连接体，驱动二聚体颗粒逐步进行端对端聚合。在溶液中，所得原纤维呈现有序的β-结构，其中多肽链平行于原纤维轴排列；这不同于类淀粉样交叉β结构，后者的β-链垂直于原纤维轴排列。这一特征与天然丝纳米原纤维结构的关键特征相吻合。然而，X射线衍射（XRD）分析表明，这些类似天然丝的纳米原纤维在干燥过程中会不可有效逆地转变为类淀粉样交叉β结构。因此，尽管可以通过自组装获得类似天然丝的原纤维，但在最终脱水步骤中会失去结构控制。基于此，我们提出了一项将自组装与脱水过程解耦的一般性原则：首先形成类似天然丝的纳米原纤维，随后在限制分子链运动能力的条件下进行干燥（例如施加机械约束或将其固定在表面上）；我们预计，这将抑制其热力学弛豫为交叉β结构。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.09.749980v1?rss=1

🏷️ 蜘蛛丝蛋白 蛋白质自组装 亚稳态二聚体 β-折叠结构 交叉β结构 纳米纤维化