Nanoparticles Induce Protein Corona Conformational Change to Reshape Intracellular Interactome for Microglial Polarization

相互作用体 细胞内 纳米颗粒 日冕(行星地质学) 构象变化 材料科学 生物物理学 纳米技术 极化(电化学) 细胞生物学 化学 生物化学 生物 维纳斯 物理化学 基因 天体生物学
作者
Xinyu Xiao,Qian-Wei Luo,W D Li,Zekun Chen,Zhuo Yang,Ya‐Xuan Zhu,Mu-Rong Lei,Fang‐Fang Zhuo,Ming Yu,Tiantian Wei,Hong-Wei Jin,Zhong-Yao Li,Zhiyuan Lu,Zhuqing Zhang,Hua Wang,Yongcheng Wang,Qing Xia,Yu Wei,Bo Han,Pengfei Tu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (36): 32920-32942 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c12630
摘要

Nanoparticles bind to proteins in cells selectively and form a protein corona around them. However, the mechanisms of protein conformational changes underlying the interactions between nanoparticles and protein coronas remain poorly understood. In this study, we prepared small molecule self-assembled nanoparticles (Aloin NPs) as a research tool to investigate the allosteric mechanism of protein coronas. Aloin NPs showed a propensity to capture multiple proteins in cells. In particular, Aloin NPs specifically bound to myotrophin (MPTN) as a major protein corona through a multivalent hydrogen bond-mediated nanoprotein interface. Molecular modeling and hydrogen-deuterium exchange mass spectrometry (MS) demonstrated that Aloin NPs promoted a conformational rearrangement of MPTN via a 'finger-unclasping' pattern. We then adapted the APEX2 proximity labeling strategy to investigate the conformation-dependent changes in the MPTN interactome and identified peroxiredoxin 6 (PRDX6) as a key substrate protein of MPTN in microglia. Additionally, we observed that MPTN conformational change-dependent PRDX6 release protected the mitochondrial membrane by reducing reactive oxygen species. Consequently, Aloin NPs effectively inhibited the release of mitochondrial DNA to block the downstream cGAS-STING signaling pathway, thereby reprogramming microglial polarization. In translational medicine, Aloin NPs play a role in protecting neurons from microglia-induced inflammatory injury with no significant adverse effects, ultimately improving Parkinson's disease-associated symptoms. Taken together, our study provides insights into the molecular mechanisms by which nanoparticles regulate the conformational change of protein coronas for human disease therapy.
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