开发一种研究无固定结构蛋白质的系统

发布时间：2024-07-24 16:23:55 栏目：生活

导读 内在无序蛋白质 (IDP) 可以根据外部环境动态改变其构象，因此可以与不同的化合物结合。然而，它们很难分析。现在，东京理工大学的研究人...

内在无序蛋白质 (IDP) 可以根据外部环境动态改变其构象，因此可以与不同的化合物结合。然而，它们很难分析。现在，东京理工大学的研究人员已经通过一种新颖的流程解决了这个问题，该流程可以通过无细胞蛋白质结晶技术快速分析 IDP 的晶体结构。



许多人更容易将蛋白质视为某种刚性的“分子机器”，每种蛋白质都具有明确的结构，可以实现或补充其功能。然而，许多重要的蛋白质缺乏这种固定的三维结构。相反，这些所谓的内在无序蛋白质 (IDP) 可以根据其外部环境采用各种不同的构象。IDP 的这种固有灵活性使它们用途广泛，并且通常能够与许多不同的化合物结合。

与其他类型的蛋白质相比，IDP 的分析难度很大。要了解 IDP 的生物学功能，有必要确定能够在原子水平上稳定其亚区的因素或决定因素。实现此目的的一种主要方法是将目标 IDP 与蛋白质晶体支架结合以固定目标 IDP，从而可以使用蛋白质晶体学技术。但是，目前可用的方法非常缓慢且不方便使用。

在此背景下，由日本东京工业大学生命科学与技术学院和国际研究前沿倡议 (IRFI) 的 Takafumi Ueno 教授领导的研究小组着手建立一种更可靠、更通用的方法。他们在《美国国家科学院院刊》上发表的最新研究中报告了一种用于快速分析 IDP 晶体结构的创新流程的开发。

该流程的一大亮点是使用无细胞蛋白质结晶 (CFPC) 方法使所需的 IDP 与支架晶体结合。为了说明该流程的用途，研究人员将精力集中在 c-Myc 的一个片段上，c-Myc 是调节细胞周期进程、细胞凋亡和其他细胞功能的基因家族中的 IDP。

研究团队利用蛋白质结构预测软件 Foldit 设计了一种昆虫细胞衍生的多面体晶体 (PhC)，作为 c-Myc 片段结合的支架。为了加速 PhC 和 c-Myc 片段之间的交叉结晶，研究人员制备了 c-Myc 融合的 PhC 单体 mRNA，并将其混合在含有细胞提取物和 PhC 构建单元的系统中。由于细胞提取物含有转录 mRNA 所需的细胞机制，该系统无需依赖活细胞即可产生大量 c-Myc 融合的 PhC，大大加速了 IDP 的稳定，并简化了随后的提取分析。

分析了结晶的 c-Myc 片段后，研究人员使用分子动力学模拟策略性地将突变引入 c-Myc 基因，然后重复上述步骤。通过比较修饰后的片段如何与 PhC 支架结合以及形成的结构，该团队可以确定最终控制 c-Myc 稳定性的关键残基。“这些发现强调了我们的 CFPC 筛选方法的强大功能，它是一种有价值的工具，可用于确定具有挑战性的靶蛋白的结构并阐明控制其稳定性的基本分子相互作用，”Ueno 说。

所提出的策略在生物分子结合研究中可能大有裨益，而生物分子结合是医学和细胞生物学等领域的基础。“我们的筛选系统将应用于尚未确定结合伙伴的 IDP 目标，并设计新的结合分子，例如抑制剂，”Ueno 强调道。“此外，快速筛选晶体结构可以让我们构建蛋白质晶体设计库，从而加速阐明 IDP 折叠机制。”

希望这些努力能够促进我们对蛋白质的了解，为新型药物和生物分析技术铺平道路