论文标题：Revisiting the Potential Functionality of the MagR Protein（重温MagR蛋白的潜在功能）

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作者：Alexander Pekarsky,Herwig Michor and Oliver Spadiut

发表时间：11 November 2021

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文章导读

铁硫 (Fe-S) 簇蛋白存在于大多数已知的原核和真核细胞中[1−3]，对许多生理过程起到非常重要的作用，其中铁原子会通过反铁磁耦合相互作用[4]。目前，MagR蛋白的磁性行为还没有在低温下进行测试，其用于捕获磁珠蛋白质的可行性[5,6]也需要进一步表征。

维也纳工业大学Oliver Spadiut教授团队对MagR蛋白的潜在功能进行了研究，并将研究成果发表于期刊。研究者在大肠杆菌中重组并生产了clMagR蛋白和dMagR蛋白，测试了当MagR蛋白表现出高细胞溶质、可溶性滴度后对整个大肠杆菌细胞的磁化作用；研究了MagR蛋白的大肠杆菌细胞在低温下的磁性，展示了基于磁珠蛋白质纯化的有限可用性。

研究过程与结果

为了更清楚地了解MagR蛋白与磁珠的结合条件，研究者在不同的缓冲液中用IMAC纯化的dMagR-his蛋白进行了结合实验 (如图1)。2 M NaCl或1 M (NH4)₂SO₄在pH5−11的环境下，dMagR-his蛋白都能与磁珠结合，仅在pH12时结合受阻。基于这些结果，可以假设强离子相互作用是结合的原因，而不是磁性相互作用。

图1. 复杂基质中MagR蛋白纯化的评估。(a) 细胞破碎上清液中纯化空白、dMagR-his和clMagR-his磁珠的SDS-PAGE分析。1−4通道应用等量的样品，目标样品如下：通道L：蛋白质阶梯；通道1 (3 µL)：溶解的细胞沉淀；通道2 (10 µL)：细胞破碎后的无细胞上清液；通道3 (10 µL)：磁铁矿珠沉淀后的上清液；通道4 (6 µL)：洗涤后的珠子沉淀蛋白；(b) 通过IMAC纯化的dMagR-his和clMagR-his蛋白。SDS-PAGE分析显示了通道L中的标准蛋白质阶梯和通道P中相应IMAC的10 µL洗脱池。IMAC的洗脱曲线显示在280 nm处有吸收现象 (黑色曲线)，在320 nm处吸收铁硫簇蛋白 (红色虚线) ，也展示了洗脱缓冲液B的相对浓度 (蓝色曲线)。

对于磁化研究，研究者将没有His标签的dMagR蛋白过表达至大肠杆菌中总可溶性蛋白的17% (图 2a)。这种高细胞含量也表现为BL21-dMagR细胞生物量及其细胞破碎后上清液的黑褐色着色 (图2b)。在仅3.6、20和120 K的低温下进行测量，BL21-dMagR细胞的20 K等温磁化数据与相应的BL21-Blank细胞数据的比较显示，前者的额外顺磁贡献较小，这可能是BL21-dMagR细胞中的dMagR蛋白结合铁所致。顺磁贡献随着温度的降低而增加，BL21-dMagR细胞在3.6 K时能够呈现这种现象 (图 2c)。然而，实验结果表明，即使只有3.6 K，细胞内dMagR蛋白的过表达并没有表现出足够强的磁性贡献来克服大肠杆菌细胞的抗磁性特征。

图2. dMagR蛋白磁化细菌细胞的潜力分析。(a) 细胞破碎后无细胞上清液的SDS-PAGE，通道3中dMagR蛋白的清晰条带约为14 kDa。通道1：阶梯；通道2：BL21-Blank细胞的上清液；通道3：BL21-dMagR细胞的上清液；(b) 上半部分比较了BL21-dMagR和BL21-Blank细胞的生物量着色；下半部分比较了细胞破碎后无细胞上清液的着色。dMagR、BL21-dMagR生物量和无细胞上清液显示出明显的褐色；(c) 在3.6、20和120 K时对冻干的BL21-Blank细胞和BL21-dMagR细胞进行等温、依赖于磁场的SQUID磁力测量。

结论与研究前沿

研究结果表明，dMagR蛋白与磁珠的结合不是定量的，许多大肠杆菌宿主细胞蛋白被非特异性吸附，根据结合试验和SQUID磁力计测量的结果，可以假设dMagR蛋白与SiO₂-Fe3O₄磁珠的结合是强离子相互作用的结果，关于这种非磁性相互作用，一些蛋白质可以通过电荷相互作用自然吸附到二氧化硅表面[7]。dMagR蛋白在不同条件下的强结合揭示了用于磁珠捕获的另一个限制，即洗脱。从dMagR蛋白融合体中成功洗脱、结合伴侣取决于酶切步骤[5]。此外，SQUID磁力测量结果表明可溶性dMagR蛋白在大肠杆菌中过表达至总可溶性蛋白质的17%不会产生自发磁化，即使在3.6 K下也没有可用的细胞磁化，与之前理论计算的结论一致[8]。

参考文献

1. Konhauser, K.O.; Kappler, A.; Roden, E.E. IRON IN MICROBIAL METABOLISMS. Elements 2011, 7, 89–93.

2. Lill, R.; Hoffmann, B.; Molik, S.; Pierik, A.J.; Rietzschel, N.; Stehling, O.; Uzarska, M.A.; Webert, H.; Wilbrecht, C.; Mühlenhoff, U. The role of mitochondria in cellular iron–sulfur protein biogenesis and iron metabolism. Biochim.Biophys. Acta (BBA) Bioenerg. 2012, 1823, 1491–1508.

3. Paul, V.D.; Lill, R. Biogenesis of cytosolic and nuclear iron–sulfur proteins and their role in genome stability. Biochim. Biophys. Acta (BBA) Bioenerg. 2015, 1853, 1528–1539.

4. Pandelia, M.-E.; Lanz, N.; Booker, S.J.; Krebs, C. Mössbauer spectroscopy of Fe/S proteins. Biochim. Biophys. Acta (BBA) Bioenerg. 2015, 1853, 1395–1405.

5. Jiang, M.; Zhang, L.; Wang, F.; Zhang, J.; Liu, G.; Gao, B.; Wei, D. Novel Application of Magnetic Protein: Convenient One-Step Purification and Immobilization of Proteins. Sci. Rep. 2017, 7, 13329.

6. Wang, L.; Xu, H.; Liu, Z.; Sun, T.; Yuan, C.; Yang, Y.; Guo, J.; Xie, H. Magnetic immobilization of a quorum sensing signal hydrolase, AiiA. Microbiologyopen, 2019,8, e00797.

7. Moerz, S.T.; Huber, P. pH-Dependent Selective Protein Adsorption into Mesoporous Silica. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 27072–27079.

8. Meister, M. Physical limits to magnetogenetics. eLife 2016,5, e17210.

期刊介绍

主编：Carlos J. Gómez García, Universidad de Valencia, Spain

期刊主要覆盖磁性的所有领域，特别关注磁性材料的设计、合成、表征及其结构和性质关系的研究。

2020 Impact Factor：2.193

5-Year Impact Factor：2.313

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Time to Publication：38 Days