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尤里•Drygin奥尔加Kondakova,约瑟夫Atabekov, ”生产铂原子束的一端螺旋植物病毒”,病毒学的进步, 卷。2013年, 文章的ID746796年, 7 页面, 2013年。 https://doi.org/10.1155/2013/746796
生产铂原子束的一端螺旋植物病毒
文摘
铂原子簇(Pt纳米粒子,Pt-NPs)产生选择性的一端螺旋植物病毒、烟草花叶病毒(TMV)和马铃薯X病毒(PVX),当铂协调化合物减少了硼氢化的化学。铂NPs的大小取决于铂原子的化学沉积条件的病毒。结果表明,Pt-NPs同时绑定终端蛋白质亚基的5′末端用壳体包裹烟草花叶病毒RNA。因此,烟草花叶病毒的特殊结构和马铃薯X病毒粒子铂纳米粒子,它看起来像一个推针与铂头和病毒针,。类似的结果与超声分散TMV粒子。相比之下,Pt-NPs完全填充的中心轴向孔在体外组装RNA-free TMV-like粒子。我们相信,这里给出的结果将是有价值的在病毒的基本理解的交互平台与离子金属和纳米颗粒的形成机制。
1。介绍
目前在纳米生物的目标之一是研究生物nanoplatforms能够绑定金属原子,目的是产生新的生物无机的材料纳电子学和药品。螺旋植物病毒,特别是烟草花叶病毒(TMV)和马铃薯X病毒(PVX),被广泛用作模板和脚手架在纳米技术1- - - - - -12]。
烟草花叶病毒粒子直径的棒状18海里和模态300海里的长度。他们由2130相同的17.5 kDa蛋白质亚基成螺旋形地安排在一个圆柱形运河和密集成刚性管。双层圆柱形底座,每一层组成的环17外壳蛋白分子(CP),被称为“磁盘”和16个1/3分子存在于每一个组装的螺旋。介绍了RNA CP转身沿着螺旋之间的蛋白质亚基(13,14]。显然,终端CP的立体化学的前表面分子的螺旋TMV粒子不是相当于其他CP子单元的内部表面。
众所周知,在缺乏RNA病毒CP在体外组装成几种类型的聚合。特别是,TMV CP在体外组装成病毒样颗粒(一种)在结构上类似于本地病毒粒子(15,16]。
另一个螺旋病毒的病毒粒子,PVX与模态弯曲的纤维长度在470 - 580纳米的范围和直径大约13海里17]。
在这项工作中,我们发现,协调铂化合物的离子减少硼氢化形成成核中心的选择性生长纳米粒子在一个杆的螺旋植物病毒(烟草花叶病毒和马铃薯X病毒)。
2。材料和方法
2.1。修改的病毒(二亚乙基三胺)铂(氯(二乙撑三胺)氯化铂(II)或[Pt(二亚乙基三胺)Cl] Cl),和硼氢化钠
100年μL烟草花叶病毒或PVX悬挂(0.4毫克/毫升)TDW(去离子的双重蒸馏水)和2μL(25毫米(Pt(二亚乙基三胺)Cl)在TDW Cl。混合物在30°C孵化1 h,然后硼酸缓冲0.5米(pH值8.3)加起来是0.1。反应混合物在冰浴冷却,和硼氢化钠(5毫克/毫升)添加一部分明智的最终浓度3毫米或10毫米。Pt-NPs大,产生短的纳米线,(二亚乙基三胺)铂浓度增加两倍。反应混合物稀释4倍TDW和样本与透射电子显微镜检查赵宁LEO912 ABω提供能量过滤器或TEM Jeol JEM 1011。
2.2。修改的烟草花叶病毒(二亚乙基三胺)铂和次磷酸盐
100年μL悬挂的病毒(TMV、PVX 1毫克/毫升)与4混合μL 20毫米(二亚乙基三胺)铂在水中(pH ~ 7), 60分钟保持在30°C。然后还原剂次磷酸钠(丙烯酰胺)添加到最后30 mM的浓度,和混合物在室温下孵化了20分钟。
2.3。电子显微镜的病毒RNA核糖核蛋白
2%胶解决方案(丙烯酰胺)由蒸发加强支持电影的碳用于制备标本进行电镜。通常,5μL (TMV悬挂放置在网格1分钟,然后滴被滤纸。而样本进行透射电子显微镜赵宁LEO912 ABω提供能量过滤器,没有染色。在某些情况下(表示),病毒粒子简要沾2%醋酸双氧铀更多积极的对比。
观察RNA,样本由无蛋白中描述单层传播方法(18]。浓度在0.1毫克/毫升烟草花叶病毒传播解决方案,3 M尿素、氯化benzyldimethylalkylammonium甲醛3.7%,和0.01%。hypophase为0.15 M醋酸钠和0.1%的甲醛。胶的单层被支持,样品旋转跟踪了钨在7°。
3所示。结果与讨论
3.1。极性化学沉积铂到螺旋病毒
在目前的工作,生物无机nanocomplexes结构,由铂原子减少平台的螺旋植物病毒(烟草花叶病毒,PVX)以及RNA-free TMV种进行了研究。
此前,合成DNA (19)和RNA (20.探测,我们使用了坐标复合氯铂(二乙撑三胺)氯化铂(II) (369.15 mw)作为一个标签。[Pt(二亚乙基三胺)Cl] Cl合成根据瓦特和Cude [21]。众所周知,每10比1和双链DNA核苷酸残留物,(二亚乙基三胺)铂是几乎完全与鸟嘌呤残留在位置N7 [22]。
因为它是可能的(二亚乙基三胺)铂与烟草花叶病毒蛋白质发生反应,它是必要的,以确定工作的反应物浓度和最优(二亚乙基三胺)铂/病毒比获得稳定的复合物,避免烟草花叶病毒聚合。在分析超离心机所发现的沉降分析,最优(二亚乙基三胺)白金比病毒(在摩尔的CP)必须50:1或更少获得稳定(二亚乙基三胺)铂对TMV粒子在溶液中。
复杂的化学还原铂离子绑定到TMV平台进行硼氢化钠或硼烷二甲胺水溶液中使用不同的反应时间和过度的还原剂。集群的铂原子和短纳米线形成的原生TMV脚手架被显示在这些实验条件下(图1通过透射电子显微镜(TEM))。
图1(一个)显示,小(~ 1 - 2海里)Pt纳米粒子(Pt-NPs)可以形成一端TMV粒子在暴露于0.5毫米(Pt(二亚乙基三胺)Cl)还原剂的Cl在3毫米的解决方案pH ~ 8。值得注意的是55%的烟草花叶病毒粒子(200分析了粒子)包含了Pt纳米粒子在一端,而病毒粒子携带Pt-NP集群两端是微不足道的(小于0.5%),而没有横向化学沉积铂的病毒外部检测。Pt-NPs的形成也观察到一端的端到端烟草花叶病毒粒子的聚集(超过300海里)和烟草花叶病毒片段短于300海里。图1(a)(嵌入)表明,几个小离散Pt-NPs也可能与烟草花叶病毒粒子的一端;大概是主要的铂纳米颗粒作为成核中心工作。
(二亚乙基三胺)铂浓度增加到1毫米和硼氢化- 10毫米导致增加的大小Pt-NPs≤30 nm如图1(b)和1(c),通常,这些烟草花叶病毒粒子聚合的终端“Pt-NP结束”成星状结构(图1(c))。烟草花叶病毒粒子与中央孔部分充满Pt-nanowire(图1(d))还透露,包括病毒粒子的总数的20%。Pt-nanowires是10 - 30 nm的长度与直径约3海里,像一个小螺旋。
证明了铂纳米粒子的起源,与绑定铂纳米粒子集中解决烟草花叶病毒,和电子衍射纳米颗粒被检查。电子衍射的集中样本,如图1(b)和清白的铀酰乙酸,通过energy-filtering TEM和显示典型的面心立方晶格的铂(图的照片2),内在平面间的距离测量误差。
(一)
(b)
Pt-NPs产量的减少(二亚乙基三胺)和二甲胺platinum-pretreated TMV硼烷(10毫米,pH值7,60分钟,r.t)比用硼氢化钠低效率。据推测,这是由于二甲胺硼烷的弱减少潜力(23]。
而钾tetrachloroplatinate (IV)降低了硼氢化钠在弱碱性条件下,极地增长集群的病毒粒子铂原子被观察到。一百TMV粒子进行检测时,发现有55%的铂原子簇两端一端和3%(没有显示)。
为了进一步阐明这一现象,我们调查了交互(二亚乙基三胺)铂和硼氢化钠的还原与另一个螺旋病毒,potexvirus。图3显示几个离散小Pt-NPs丝状PVX的一端,表明极地绑定Pt-NPs螺旋病毒是一种常见的现象。
铂(二亚乙基三胺)反应与鸟嘌呤DNA残留[偏好22),据推测,RNA (20.]。众所周知,TMV和PVX rna只包含两个相同的化学结构,这两者都是鸟嘌呤在5′端,残留在帽组(m7GpppGp) [24,25]。
似乎承认的一端烟草花叶病毒(PVX)由Pt原子粒子是由于相同的5′端帽集团和极地几何特性的病毒螺旋。由其选择性这一现象类似于单克隆抗体与抗原不同的具体交互终端在病毒粒子表面结束(26,27]。
有三种可能的机制铂原子相互作用的5′端初始TMV和PVX粒子:(i)(二亚乙基三胺)铂与RNA帽结构和交互Pt-NPs互动与病毒RNA 5′末端;(2)(二亚乙基三胺)铂原子和Pt-NPs识别和交互强烈的暴露面外观5′末端蛋白或磁盘表面结构;(3)两种交互类型(二亚乙基三胺)铂和Pt-NPs实现。这些机制之间的选择,进行了以下实验。
3.2。Pt-NPs沉积在烟草花叶病毒RNA 5′末端
已经表明,烟草花叶病毒CP的剥离子单元引起的RNA 5′末端的尿素,DMSO(二甲亚砜)、碱和洗涤剂28,29日]。极地剥离结果生产棒尾部的RNA的一端。烟草花叶病毒RNA 5′近69个核苷酸缺乏鸟嘌呤碱基和互动与CP子单元相对于其他地区更弱的RNA (30.]。因此,极地5′,3′脱壳的RNA是因为删除终端CP的分子。
因此,(二亚乙基三胺)铂被硼氢化钠减少烟草花叶病毒,和Pt-NPs-containing病毒颗粒尿素处理。修复结构,甲醛加起来是3.7%。部分剥夺了烟草花叶病毒棒尾部的RNA的一端(图生产4)。
与尿素治疗Pt-NPs-TMV复杂导致病毒衣壳蛋白的部分剥离相邻纳米颗粒和突出的自由RNA(图4(c))。Pt-NPs仍与缩短相关病毒棒后去除RNA反面的核糖核酸酶(20μg / mL, 30分钟,30°C)(数据没有显示)。然而,图4表明,超声治疗和尿素后,Pt-NP位于内截断病毒颗粒的边缘。这种易位的纳米颗粒发生怎样?
有两种可能的解释。
(1)由于拆卸和重新组装的烟草花叶病毒是可逆的,和病毒蛋白对协会有很高的倾向,“Pt-NPs-RNA-CP”的5′端复杂不搬出去,保持接触的5′端截断病毒粒子通过蛋白质-蛋白质之间的关系。释放的RNA是毛圈,但会不断的5′末端面临病毒衣壳(数字4(一)和4(b))。众所周知,纯化TMV准备有粘性的核糖核酸酶(31日]。免费变性RNA进行简单的水解,产生自由结束保留与截断病毒粒子和离开Pt-NPs边缘的缩短病毒杆(图4(c))。
(2)Pt-NPs更强烈地绑定到5′末端的烟草花叶病毒显著地更合适的空间排列的complex-forming组病毒的蛋白质和RNA。因此,纳米颗粒把从虚无的衣壳蛋白截短(通过尿素)的病毒粒子,因为裸露的RNA弱(图的链接4(c))。
这个观察让我们假设帽组无法访问或弱相关Pt-NPs使壳体化在螺旋的病毒。这也表明Pt-NPs有关紧密CP子单元内的5′末端或几个面临外部表面TMV螺旋的子单元。如果如此,Pt-NPs与CP的域(s)子单元位于终端表面和邻近的中心孔螺旋粒子。这个建议也符合Pt-NPs穿透能力的内部运河TMV管生产纳米线。
3.3。Pt-NPs绑定到5′末端蛋白面临烟草花叶病毒的病毒粒子
强大的约束力的Pt-NPs证实了烟草花叶病毒抵抗的链接声波降解法治疗。两个系列的实验结果说明了这一发现。
(i)病毒首次在0°C ultrasonicated生产部分粒子然后反应(二亚乙基三胺)在相同的条件下铂。片段大小的变化从25到200纳米的峰值(42%)在100 - 120海里。正如所料,大约一半(55%,100)分析了烟草花叶病毒颗粒sonication-generated片段包含Pt-NPs绑定到一端(数字5(一)和5(b))。
(2)首次对烟草花叶病毒(二亚乙基三胺)然后ultrasonicated铂。烟草花叶病毒片段的大小不等,从25到200海里两座山峰:160海里(22%)和120海里(17%)。只有23%的烟草花叶病毒粒子(100)分析了烟草花叶病毒颗粒与Pt-NPs有关;大约一半的Pt-NPs从病毒分离棒(至少20 - 30%,一些聚合)(图5(b))。可以建议自由Pt-NPs的重要部分就是摆脱烟草花叶病毒的片段通过声波降解法或他们与一个低对比和弱可见细丝的材料(RNA)。
获得进一步了解低对比的起源细丝的材料显然Pt-NPs,声波降解法的反应所产生的碎片(二亚乙基三胺)铂病毒用甲醛固定,然后benzylalcylammonium氯是补充道。分布在RNA分子,尿素加起来的最终浓度3 M,鸡尾酒和反应是加载到hypophase (0.15 M醋酸钠和0.1%甲醛)。
值得注意的是,这种技术发现不寻常的结构组成的盘状元素CP子单元组成的(显然)Pt-NPs绑定到这个磁盘和RNA的尾部连接磁盘剩余的剥夺TMV粒子(图5(c)和插图)。Pt-NP我们还假设,通过绑定到5′末端的RNA和5′末端蛋白(或磁盘)面临烟草花叶病毒的病毒粒子,削弱了这之间的联系外,其余的病毒粒子。
获得的结果表明,刚性蛋白质壳是由声波降解法分解成碎片,而灵活的RNA仍然保持不变(数字4和5(c))。这一发现可以解释为不同直径的刚度的病毒粒子和RNA。应该强调,脱壳TMV修改(二亚乙基三胺)铂超声波治疗从一端(图开始4),类似于本机TMV和尿素脱壳,DMSO溶液、碱、SDS(十二烷基硫酸钠),和热处理28,29日]。这证实了,尽管它看起来对称形式(见,例如,PDB 3 d图像TMV),病毒粒子的化学和物理结构不对称输入和输出末端。有趣的是,这是生物意义上的逻辑上相关的极性TMV RNA-concurrent脱壳,父病毒RNA的翻译从5′末端开始(30.]。
看来铂纳米颗粒是绑定的5′末端病毒RNA和蛋白质衣壳,这个协会是对超声波处理和尿素治疗。综上所述,这些数据提供了强有力的证据表明Pt-NPs可以直接连接到第一个5′终端单元的表面exterioir TMV CP螺旋。并发链接之间形成Pt-NPs和使壳体化RNA 5′末端也表示。
现在很难预测的氨基酸残基原子CP和RNA的核苷酸残留病毒RNA的5′端交互(二亚乙基三胺)铂离子没有特殊的研究(二亚乙基三胺)铂旗杆上对接TMV和PVX外表面。在连接,它将会是很有趣的添加其他配体铂修改病毒粒子能够进入金属球面坐标,使用坐标金属和集群的化学性质的原子绑定到一个病毒。
3.4。铂TMV-Like粒子的改性
如前所述,RNA-free TMV-like粒子可以从病毒组装CP在体外(15- - - - - -17]。
CP是提取烟草花叶病毒使用醋酸弗里克·肯雷et al。(据32]。然后,钠磷酸盐缓冲剂(100 mM, pH值5.6)添加到暂停TMV CP获得最终的浓度1毫克/毫升,蛋白质是在室温下孵化24 h为了培养出车牌区域。这个解决方案是储存在4°C。
它发现(二亚乙基三胺)铂和集群的减少铂原子不绑定到车牌区域通过极地模式;相反,他们填的中心孔TMV-like粒子在整个长度(图6)。这个发现支持结论的高灵敏度(二亚乙基三胺)铂和/或Pt-NPs空间组织功能表面化学组CP和TMV的车牌区域。
3.5。减少与次磷酸盐(二亚乙基三胺)白金
减少代理和反应条件的影响的重要性理解的机制与烟草花叶病毒(二亚乙基三胺)铂交互。,烟草花叶病毒的表面和中心轴向孔染略了微小的原子簇的铂(二亚乙基三胺)铂降低30毫米时次磷酸盐在pH值6 - 7(图7)。因此,反应条件大大改变字符的修改(二亚乙基三胺)platinum-TMV交互。
总结,可以得出这样的结论:协调化合物(二亚乙基三胺)铂和铂tetrachloroplatinate (IV)交互非常有选择性地与螺旋病毒TMV和PVX和与硼氢化化学还原后形成纳米颗粒通过极地模式的5′末端病毒(对应于RNA),演示了通过极地脱壳尿素的烟草花叶病毒。
有趣的是Balci et al。4)描述准备初步的金纳米粒子的自组装与直径6 nm和烟草花叶病毒metal-virus nanodumbbells。金纳米粒子被选择性地绑定到病毒棒的两端,可以扩大黄金的化学沉积与缩短病毒颗粒的收益率gold-virus-gold哑铃。
TMV和不同金属离子的配合物(Ni、Co、铜、铁、Ag)和非盟)被我们检查。我们发现铜只能与烟草花叶病毒在一个极性模式下,100烟草花叶病毒粒子被检查,发现53% - 1%两端一端贴上TMV粒子硼氢化还原后(数据未显示)。
4所示。结论和建议
铂纳米颗粒生长极模式在TMV和PVX螺旋病毒是由硼氢化还原铂协调化合物。铂NPs的大小取决于铂原子的化学还原条件的病毒。极地的脱壳TMV粒子的电子显微镜检查显示Pt-NPs同时绑定终端蛋白质亚基的5′末端用壳体包裹烟草花叶病毒RNA。
超越纳米棒、纳米线和nanorings生产植物病毒作为模板,早些时候烟草花叶病毒,和马铃薯X病毒粒子在一个复杂的铂纳米粒子,它看起来像一个推针与铂头和病毒针,。在这个工作,因此,烟草花叶病毒的结构新颖,和马铃薯X病毒粒子在一个复杂的铂纳米粒子,这表明非凡的特异性的生物建设、协调与一个复杂的多价金属交互。
建立了烟草花叶病毒的best-investigated模型在生物大分子的组织。此外,部分和完全烟草花叶病毒可以从它的RNA重组蛋白质和外套。TMV重构的过程,研究了活动(16]。因此,人口的烟草花叶病毒核蛋白质的明确的尺寸(长度)包含5′杆(对RNA)。另一方面,3′末端的RNA核糖这些核蛋白质可能被修改(如氧化)和固定在任何合适的表面共价。可以建议修改与铂(或铜)人口这些纳米核蛋白质的不同长度可以作为comb-like结构,或作为字符串的不同厚度的弦乐器在结构上和功能上类似于音乐的器官。从我们的观点来看,这种wellorganized纳米结构是纳电子学的高需求。
我们也不能排除,歧管配体可能与TMV和PVX病毒由于铂原子的化学协调潜力高。
确认
作者感谢o . v . Karpova博士的纯化TMV(应变U1)和PVX博士(俄罗斯应变)和m .阿尔希片科还对烟草花叶病毒外壳蛋白的准备。他们感谢谢尔盖Ambramchuk Anatoly Bogdanov寻求帮助和电子显微镜的操作。他们深深欣赏艾玛·霍伊尔博士的帮助下,英语语言帮助。这项工作是支持部分由联邦机构对科学和创新合同编号16. m04.12.0024俄罗斯联邦科学和教育和RBRR格兰特Yu.F.D 12 - 04 - 01711 a。
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