华盛顿大学David Baker实验室在《自然》杂志上报道了一种基于“几何受挫”策略的计算设计方法，成功构建出双组分准对称蛋白质笼。这类结构模仿了天然病毒衣壳中同一亚基在不同对称位置采取不同构象的“准对称”组装方式，突破了传统完美对称设计的尺寸限制。通过调节二聚体连接子预编码的锥角，研究团队能够将最终笼子的直径从约40纳米连续调控至200纳米以上，分子量覆盖2兆道尔顿至超过50兆道尔顿，达到了与许多病毒衣壳相当甚至更大的尺度。王顺智博士与David Baker为共同通讯作者。
在自然界中，许多病毒采用准对称策略来扩大衣壳容量，从而在不显著增加基因组编码负担的情况下包裹更大的核酸货物。然而，如何让一条蛋白质序列在组装过程中自发地“变形”成多种必要构象，同时避免大规模聚集，一直是蛋白质设计领域的难点。该团队没有尝试直接设计出能够折叠成多个确定状态的单体，而是引入了一种基于局部几何约束的隐式多态设计思路：利用刚性三聚体模块和柔性二聚体连接子共同组装成六边形网状结构。由于纯六边形网格无法完美覆盖球面，组装过程中会自动产生五边形缺陷来释放累积的应变，从而驱动球形颗粒闭合。这种“几何受挫”驱动的自发对称破缺，使得设计者无需显式定义每一种局部构象。
研究团队通过调整二聚体连接子两端的交叉角度来控制局部曲率。实验结果显示，当锥角设置为40度时，系统主要形成直径约40纳米的T=1规则十二面体；将锥角减小至8度后，组装体直径可逼近200纳米，对应三角剖分数T=25。负染电镜和冷冻电镜表征进一步证实，在所有样品中均观察到了五边形缺陷的存在，验证了设计假设。对于T=3的笼子（直径约61纳米），研究团队获得了分辨率约30埃的三维密度图，清晰显示了六边形与五边形镶嵌的截角二十面体结构，并且三聚体亚基在六-六邻接和六-五邻接环境中确实呈现出显著不同的构象，两端末端位置相差约20埃。
这些设计笼子还具有高度的可功能化特性。研究人员将抗GFP纳米抗体融合到笼子组分上，成功实现了GFP标记的Cas9核糖核蛋白的封装。通过在二聚体连接子末端融合三种不同的内吞诱导蛋白（靶向去唾液酸糖蛋白受体、胰岛素样生长因子2受体和sortilin），观察到功能化笼子能够被人源肝癌细胞HEP3B有效摄取并部分定位于溶酶体。
更为引人注目的是，研究团队在人类骨肉瘤U2OS细胞和酿酒酵母中实现了这些笼子的胞内自组装。通过共表达分别融合GFP和mScarlet的两种组分，观察到高度共定位的点状结构。单颗粒追踪实验表明，40纳米、约100纳米和约140纳米三种尺度的探针在细胞质中的有效扩散系数随尺寸增大而显著下降，并且表现出明确的时间尺度依赖性，表明它们能够灵敏地感知细胞内不同长度尺度下的物理约束。当用山梨醇处理诱导细胞皱缩和分子拥挤度增加后，大尺寸笼子的扩散系数进一步降低。此外，将p53蛋白通过抗GFP纳米抗体和HaloTag锚定到胞内组装的笼子上后，原本定位于细胞核的p53被有效滞留在细胞质中，证明这些笼子可以作为胞内货物募集平台来重编程蛋白质的亚细胞定位。
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