在MoS2纳米孔中对α-突触核蛋白（一种天然无序蛋白）进行测序

《ACS Applied Nano Materials》：Sequencing of α-Synuclein Intrinsically Disordered Protein in MoS2 Nanopores

固态纳米孔蛋白测序研究：通过MoS?二维材料对α-synuclein及其突变体的单分子测序分析，揭示离子电流特征与蛋白构象的关系，为帕金森病诊断提供新方法。

　　

α-突触核蛋白是一种内在无序的蛋白质，由140个氨基酸组成，能够呈现多种构象，并且容易聚集形成富含β-折叠的结构，这些结构是帕金森病的典型特征。此外，α-突触核蛋白中的错义突变与家族性帕金森病有关，因此在单分子水平上检测这些突变至关重要。最近，利用固态纳米孔进行蛋白质测序成为一种强大且无需标记的单分子检测方法，具有高灵敏度。像MoS₂这样的原子级薄二维材料由于其极薄的厚度和增强的空间分辨率，为蛋白质测序应用提供了理想的平台。然而，使用二维材料进行蛋白质测序仍然具有挑战性，因为蛋白质在纳米孔中的移动速度很快，这限制了每个分子的观察时间。在这里，我们展示了通过二维固态纳米孔对全长蛋白质进行测序的过程。我们对野生型α-突触核蛋白以及两种致病突变体（A30P和E46K）在单层MoS₂纳米孔中的完整传输过程进行了详细的全原子经典分子动力学模拟。从模拟的离子电流曲线中，我们识别出了不同的阻塞程度和瞬态波动，并分析了它们在蛋白质序列上的深度和持续时间，涵盖了多个时间和序列长度尺度。这些阻塞现象大约占据了α-突触核蛋白总序列的40%，导致无法实现所有氨基酸的完全解析。尽管如此，包含1-3个氨基酸的短序列片段仍能产生独特的电流特征。此外，我们还分析了孔内氨基酸的体积特性，并识别出了区分野生型和突变体蛋白质的特征性阻塞模式。这些开创性的结果为未来的实验研究铺平了道路，为基于二维纳米孔的蛋白质测序和单分子分辨率的生物标志物检测提供了方向。