?子科生物報道：2024年6月18日，中國科學技術大學生命科學與醫(yī)學部黃成棟教授團隊在Nature Structural & Molecular Biology期刊發(fā)表了題為“Structural basis for the dynamic chaperoning of disordered clients by Hsp90”的研究論文。該研究利用液體核磁共振技術，成功解析了首個開放構象的Hsp90與固有無序蛋白底物的復合體結構。這一結構展現(xiàn)了獨特的“二分式”結合模式，并進一步揭示了其動態(tài)功能機制。這是全球第四個分子伴侶與固有無序蛋白的高分辨復合體結構報道，也是目前通過核磁共振技術解析的最大（約165 kDa）蛋白高分辨復合體結構。

蛋白質是生命組織正常工作的根本所在，而只有經正確折疊的蛋白才能實現(xiàn)其生物功能，否則不僅會造成蛋白功能的異常，更會導致細胞內蛋白的寡聚乃至沉淀，并最終引發(fā)多種嚴重的人類疾病。分子伴侶（Molecular Chaperone）是輔助蛋白正確折疊至適當構象的關鍵因子，對于維持細胞內蛋白質的健康穩(wěn)態(tài)環(huán)境至關重要，因此近年來成為國際研究的熱點之一。然而，分子伴侶與底物分子發(fā)生相互作用時通常采用高度動態(tài)、瞬時、非特異性（promiscuous）的‘若即若離’相互作用模式。這種高度動態(tài)的分子間相互作用模式賦予了分子伴侶獨特的生物學功能，但也使相關研究面臨極大困難。

圖1. 開放構象的Hsp90與固有無序蛋白的復合體結構及其動態(tài)作用機制

分子伴侶熱休克蛋白90（Hsp90）被認為是功能最為重要、機制最為復雜的分子伴侶，廣泛參與數百種蛋白質的折疊、活化或重組，幾乎涵蓋了所有基本的生物信號通路傳導，因此被稱為細胞內的“信號樞紐”。作為抗癌研究中的重要分子靶點，Hsp90的研究一直是國際科學界的熱點。然而，由于Hsp90本身的動態(tài)特性以及它與底物蛋白的動態(tài)相互作用模式，相關復合體的結構信息一直非常匱乏，阻礙了我們對其功能機制的深入了解。

課題組首先對Hsp90與兩種固有無序蛋白底物的動態(tài)相互作用進行了詳盡研究，勾勒出了相互作用界面，并對其相互作用進行了定量表征。進一步研究發(fā)現(xiàn)，Hsp90通過其V字形雙臂同時捕捉底物蛋白的兩個疏水片段，整體的復合體構象展現(xiàn)出獨特的“二分式（bipartite）”結合模式，即每個單體分子捕獲底物的一個疏水結合區(qū)域。這種結合方式呈現(xiàn)出顯著的協(xié)同效應：“1+1 ? 2”，大大延長了底物分子在Hsp90表面停留的時間 （圖1）。研究進一步指出，該結合模式在從原核生物到真核生物不同種屬的Hsp90中均高度保守。同時，核磁共振的動態(tài)學分析表明，底物蛋白在Hsp90的結合界面上仍保持高度的動態(tài)特性：每次被Hsp90捕捉后，它并沒有被牢牢束縛，而是在Hsp90表面“翩翩起舞”，嘗試多達10萬次的構象調整，直到最終以活化的構象被釋放出來。在此活化過程中，底物蛋白一直保持著無結構的松散狀態(tài)，這也解釋了為何Hsp90的數百種序列不同、結構迥異的底物都呈現(xiàn)出顯著的熱力學不穩(wěn)定性。

圖2. Hsp90的工作機制：一個由ATP賦能的“微型動態(tài)納米機械夾鉗”

本論文據此提出了分子伴侶Hsp90的工作機制，它猶如一個由ATP賦能的微型納米機械夾鉗，將ATP的化學能轉化為開合的機械動能，為底物蛋白的折疊及活化提供了必要的動態(tài)環(huán)境（圖2）。該研究為進一步加深了人們對于Hsp90動態(tài)分子機制的理解，為以該分子伴侶為抗癌藥靶分子設計提供了新的思路。

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