Exploring single-molecule interactions: heparin and FGF-1 proteins through solid-state nanopores

纳米孔 肝素 分子 成纤维细胞生长因子 小分子 纳米技术 材料科学 生物物理学 化学 生物化学 生物 有机化学 受体
作者
Navod Thyashan,Madhav Ghimire,Sangyoup Lee,Min Jun Kim
出处
期刊:Nanoscale [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:16 (17): 8352-8360 被引量:2
标识
DOI:10.1039/d4nr00274a
摘要

Detection and characterization of protein-protein interactions are essential for many cellular processes, such as cell growth, tissue repair, drug delivery, and other physiological functions. In our research, we have utilized emerging solid-state nanopore sensing technology, which is highly sensitive to better understand heparin and fibroblast growth factor 1 (FGF-1) protein interactions at a single-molecule level without any modifications. Understanding the structure and behavior of heparin-FGF-1 complexes at the single-molecule level is very important. An abnormality in their formation can lead to life-threatening conditions like tumor growth, fibrosis, and neurological disorders. Using a controlled dielectric breakdown pore fabrication approach, we have characterized individual heparin and FGF-1 (one of the 22 known FGFs in humans) proteins through the fabrication of 17 ± 1 nm nanopores. Compared to heparin, the positively charged heparin-binding domains of some FGF-1 proteins translocationally react with the pore walls, giving rise to a distinguishable second peak with higher current blockade. Additionally, we have confirmed that the dynamic FGF-1 is stabilized upon binding with heparin-FGF-1 at the single-molecule level. The larger current blockades from the complexes relative to individual heparin and the FGF-1 recorded during the translocation ensure the binding of heparin-FGF-1 proteins, forming binding complexes with higher excluded volumes. Taken together, we demonstrate that solid-state nanopores can be employed to investigate the properties of individual proteins and their complex interactions, potentially paving the way for innovative medical therapies and advancements.
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