Unidirectional single-file transport of full-length proteins through a nanopore

纳米孔 线程(蛋白质序列) 染色体易位 纳米孔测序 生物物理学 转运蛋白 化学 DNA 结晶学 纳米技术 蛋白质结构 材料科学 生物 生物化学 DNA测序 基因
作者
Luning Yu,Xinqi Kang,Fanjun Li,Behzad Mehrafrooz,Amr Makhamreh,Ali Fallahi,Joshua C. Foster,Aleksei Aksimentiev,Min Chen,Meni Wanunu
出处
期刊:Nature Biotechnology [Springer Nature]
卷期号:41 (8): 1130-1139 被引量:64
标识
DOI:10.1038/s41587-022-01598-3
摘要

The electrical current blockade of a peptide or protein threading through a nanopore can be used as a fingerprint of the molecule in biosensor applications. However, threading of full-length proteins has only been achieved using enzymatic unfolding and translocation. Here we describe an enzyme-free approach for unidirectional, slow transport of full-length proteins through nanopores. We show that the combination of a chemically resistant biological nanopore, α-hemolysin (narrowest part is ~1.4 nm in diameter), and a high concentration guanidinium chloride buffer enables unidirectional, single-file protein transport propelled by an electroosmotic effect. We show that the mean protein translocation velocity depends linearly on the applied voltage and translocation times depend linearly on length, resembling the translocation dynamics of ssDNA. Using a supervised machine-learning classifier, we demonstrate that single-translocation events contain sufficient information to distinguish their threading orientation and identity with accuracies larger than 90%. Capture rates of protein are increased substantially when either a genetically encoded charged peptide tail or a DNA tag is added to a protein. Full-length, unfolded proteins are slowly translocated through nanopores without enzymes and fingerprinted.
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