内在无序连接区与末端结构域协同驱动蛛丝蛋白液-液相分离组装机制及人工纺丝应用

来自国内外多个机构的研究人员针对aciniform蛛丝（AcSp1）自组装分子机制不明的难题，通过研究发现其内在无序连接区（IDRs）与末端结构域（NTD）共同驱动液-液相分离（LLPS），首次揭示NTD在生理pH 5.0-7.0范围内发生浓度依赖性四聚化现象，并基于此开发出水相纺丝技术，成功制备出延展性超越天然蛛丝、韧性媲美牵引丝的人工AcSp1纤维，为高性能蛋白纤维设计提供新范式。

　　

蜘蛛的aciniform蛛丝（aciniform silk）是一种兼具卓越韧性（toughness）和弹性（elasticity）的蛋白质纤维，主要用于包裹猎物和构筑卵囊内层。尽管大壶状腺丝（ampullate silk）和卵囊丝（eggcase silk）的形成机制已被广泛研究，但aciniform蛛丝蛋白（AcSp1）的自组装分子机制仍不明确。本研究首次发现AcSp1的内在无序连接区（intrinsically disordered linkers, IDRs）通过驱动液-液相分离（liquid–liquid phase separation, LLPS）在溶液中主导蛛丝蛋白组装过程。其N末端结构域（N-terminal domain, NTD）在生理pH范围（5.0至7.0）内表现出不依赖pH的二聚化特性，并发生浓度依赖性的四聚化转变。AcSp1-NTD的四级结构层级组装由疏水作用与静电相互作用共同介导，该机制在含盐与无盐溶液中均能增强相分离效率。基于这一分子策略，研究团队开发出全水相纺丝技术，制备出具有优异延展性（extensibility）和韧性（toughness）的人工aciniform纤维，其延展性显著超越天然AcSp1蛛丝，韧性则与牵引丝（dragline silk）相当。该发现揭示了蛛丝蛋白组装机制的多样性，为设计高弹性、高韧性的 Silk-based 生物材料提供了新思路。