针对这些缺点，香港科技大学孙飞副教授等人提出了一种可化学诱导的蛋白质组装方法，该方法是通过剪切B12依赖性光感受器CarH的羧基（C）末端结构域CarHC来实现。由此得到的片段可在添加钴胺素（AdoB12、MeB12或CNB12）后有效重组。而光解辅助因子如AdoB12和MeB12又可进一步有助于稳定带有双His配体螯合B12蛋白质加合物。研究显示，拆分CarHC能够生成一系列蛋白质水凝胶，根据B12的类型，水凝胶的力学性能可以进行光增强或者光减弱。这种新型蛋白质化学展现出了背景自组装几乎可忽略、偶联结合稳定和光可调性等特点，因此研究认为该蛋白质组装方法为设计智能材料提供了新的思路。相关工作以“B12-induced reassembly of split photoreceptor proteinenables photoresponsive hydrogels with tunable mechanics”为题发表在Science Advances。

【文章要点】

一、CarHC拆分

光感受器CarH蛋白C-末端结构域CarHC在与腺苷钴胺（AdoB12）结合可形成四聚体，并在暴露于绿光（522nm）或白光时分解为单体。这种光解会伴随着B12中C─Co键的断裂、腺苷部分的去除以及稳定的双His-配体螯合B12复合物的形成。CarHC已被证明是一种强大的分子工具；它不仅可以作为一种光遗传学工具来控制体内的生物信号，还可以用于制备治疗剂递送和组织再生的光响应材料。在这项研究中，作者发现经过蛋白质拆分处理的CarHC可以分裂成两个较小的聚肽，即CarHCN和CarHCC。这些聚肽在添加B12后，可进行重新组装并恢复B12相关的光响应性（图1）。

图1 B12依赖光响应CarHC蛋白质拆分

二、蛋白质水凝胶

基于CarHCN和CarHCC，研究利用基因编码Spy化学进一步制备了数种遥爪型蛋白质。这些蛋白质在不同类型B12辅助因子的作用下，可形成多种水凝胶材料（Ado gel和Me gel）。表征显示，Ado gel和Me gel都具有光响应性。其中，光对Ado gel和Me gel的力学产生了相反的影响；将Ado gel暴露于连续白光（~30kLux）下可使G′不断降低至初始值的43.7±7.2%，表现出光减弱效应，而在相同辐照条件下，Me gel则可以得到机械增强（G′增加倍数为3.5±0.4）。细胞封装实验则发现，这些水凝胶材料的硬度与骨髓、脑组织相似，有望在组织再生等方面展现应用价值。

图2 光响应性水凝胶的合成