基于SH3结构域结合的弹性蛋白样聚合物功能设计与生物物理特性研究：新型生物传感材料的开发与应用

为解决生物传感器设计中特异性识别与信号转导的难题，研究人员通过构建SH3结合肽-弹性蛋白样聚合物(ELP)融合体系，系统研究了配体结合对聚合物构象动态和相变行为的影响。实验采用等温滴定量热法(ITC)、圆二色谱(CD)、动态光散射(DLS)等技术，证实SH3结合可使ELP相变温度(Tt)显著升高4-16°C，且在复杂培养基中仍保持响应特性。该研究为开发无标记电化学生物传感器提供了新型分析物响应聚合物(ARP)设计策略。

　　

在生物医学工程领域，开发能够特异性识别生物分子并产生可检测信号的智能材料一直是重大挑战。传统生物传感器多依赖钙调蛋白等构象变化显著的蛋白域，或需要复杂的光学标记系统，这些方法存在组件复杂、可能干扰生物分子天然功能等局限。弹性蛋白样聚合物(ELP)因其可逆的温度响应特性被视为理想候选材料，但如何实现其相变行为与特定分子识别事件的精准耦合仍缺乏系统研究。

美国新英格兰大学分子与物理科学学院的研究团队在《Biologicals》发表创新性研究，通过构建SH3结合肽与ELP的融合蛋白系统，揭示了配体结合调控聚合物相变的新机制。研究采用等温滴定量热法表征结合热力学，结合圆二色谱分析构象变化，动态光散射和紫外可见光谱监测相变行为，并在细胞培养基中验证了体系的稳定性。

分子克隆与蛋白表达

通过环形聚合酶延伸克隆技术构建Scp(12)-sEL等融合蛋白表达载体，在大肠杆菌BL21(DE3)中表达后采用温度循环纯化。SH3结构域通过镍柱亲和层析纯化。

结合特性表征

等温滴定量热实验显示Scp(12)-sEL与SH3的结合解离常数(K_d)为0.42-7.3 μM，结合热容(ΔC_p)为-0.42 kJ/(mol·K)，表明存在结合诱导的构象变化。

结构动态分析

圆二色谱发现SH3结合使198 nm处椭圆度增加，提示聚合物有序性增强。特征峰温度曲线显示SH3能稳定Scp(12)-sEL的二级结构。

相变行为调控

动态光散射证实SH3结合使Scp(12)-sEL的相变温度(T_t)升高4°C，而突变体SH3^W58A无此效应。在含10%胎牛血清的MEMα培养基中，ΔT_t扩大至16°C，显示体系在复杂环境中的稳定性。

计算模型验证

基于Christensen模型的预测显示，SH3结合使带电表面指数(SI_C)增加，与实验观测的T_t变化趋势一致，为ARP设计提供了理论指导。

该研究首次证明非构象变化型蛋白结合事件可有效调控ELP相变，突破了传统生物传感器对大幅构象变化的依赖。通过建立"配体结合-表面电荷变化-相变温度偏移"的定量关系，为开发新型无标记电化学生物传感器奠定了理论基础。特别值得注意的是，ARP在生理环境中的稳定响应特性，为其在活体检测和智能药物递送系统中的应用开辟了新途径。研究揭示的"相变-结合"耦合机制，对理解生物分子凝聚体的组装调控也具有重要启示。