Tunable In Vivo Colocalization of Enzymes within P22 Capsid-Based Nanoreactors

纳米反应器 生物物理学 费斯特共振能量转移 脱水酶 生物化学 材料科学 生物 荧光 催化作用 物理 量子力学
作者
Donna McNeale,Lygie Esquirol,Shoko Okada,Shai Strampel,Noor Dashti,Bernd H. A. Rehm,Trevor Douglas,Claudia E. Vickers,Frank Sainsbury
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (14): 17705-17715 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acsami.3c00971
摘要

Virus-like particles (VLPs) derived from bacteriophage P22 have been explored as biomimetic catalytic compartments. In vivo colocalization of enzymes within P22 VLPs uses sequential fusion to the scaffold protein, resulting in equimolar concentrations of enzyme monomers. However, control over enzyme stoichiometry, which has been shown to influence pathway flux, is key to realizing the full potential of P22 VLPs as artificial metabolons. We present a tunable strategy for stoichiometric control over in vivo co-encapsulation of P22 cargo proteins, verified for fluorescent protein cargo by Förster resonance energy transfer. This was then applied to a two-enzyme reaction cascade. l-homoalanine, an unnatural amino acid and chiral precursor to several drugs, can be synthesized from the readily available l-threonine by the sequential activity of threonine dehydratase and glutamate dehydrogenase. We found that the loading density of both enzymes influences their activity, with higher activity found at lower loading density implying an impact of molecular crowding on enzyme activity. Conversely, increasing overall loading density by increasing the amount of threonine dehydratase can increase activity from the rate-limiting glutamate dehydrogenase. This work demonstrates the in vivo colocalization of multiple heterologous cargo proteins in a P22-based nanoreactor and shows that controlled stoichiometry of individual enzymes in an enzymatic cascade is required for the optimal design of nanoscale biocatalytic compartments.

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