?子科生物報(bào)道：2024年6月18日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部黃成棟教授團(tuán)隊(duì)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(shù)，成功解析了首個(gè)開放構(gòu)象的Hsp90與固有無序蛋白底物的復(fù)合體結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)展現(xiàn)了獨(dú)特的“二分式”結(jié)合模式，并進(jìn)一步揭示了其動(dòng)態(tài)功能機(jī)制。這是全球第四個(gè)分子伴侶與固有無序蛋白的高分辨復(fù)合體結(jié)構(gòu)報(bào)道，也是目前通過核磁共振技術(shù)解析的最大（約165 kDa）蛋白高分辨復(fù)合體結(jié)構(gòu)。

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

圖1. 開放構(gòu)象的Hsp90與固有無序蛋白的復(fù)合體結(jié)構(gòu)及其動(dòng)態(tài)作用機(jī)制

分子伴侶熱休克蛋白90（Hsp90）被認(rèn)為是功能最為重要、機(jī)制最為復(fù)雜的分子伴侶，廣泛參與數(shù)百種蛋白質(zhì)的折疊、活化或重組，幾乎涵蓋了所有基本的生物信號(hào)通路傳導(dǎo)，因此被稱為細(xì)胞內(nèi)的“信號(hào)樞紐”。作為抗癌研究中的重要分子靶點(diǎn)，Hsp90的研究一直是國際科學(xué)界的熱點(diǎn)。然而，由于Hsp90本身的動(dòng)態(tài)特性以及它與底物蛋白的動(dòng)態(tài)相互作用模式，相關(guān)復(fù)合體的結(jié)構(gòu)信息一直非常匱乏，阻礙了我們對(duì)其功能機(jī)制的深入了解。

課題組首先對(duì)Hsp90與兩種固有無序蛋白底物的動(dòng)態(tài)相互作用進(jìn)行了詳盡研究，勾勒出了相互作用界面，并對(duì)其相互作用進(jìn)行了定量表征。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Hsp90通過其V字形雙臂同時(shí)捕捉底物蛋白的兩個(gè)疏水片段，整體的復(fù)合體構(gòu)象展現(xiàn)出獨(dú)特的“二分式（bipartite）”結(jié)合模式，即每個(gè)單體分子捕獲底物的一個(gè)疏水結(jié)合區(qū)域。這種結(jié)合方式呈現(xiàn)出顯著的協(xié)同效應(yīng)：“1+1 ? 2”，大大延長了底物分子在Hsp90表面停留的時(shí)間 （圖1）。研究進(jìn)一步指出，該結(jié)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(shí)，核磁共振的動(dòng)態(tài)學(xué)分析表明，底物蛋白在Hsp90的結(jié)合界面上仍保持高度的動(dòng)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(dá)10萬次的構(gòu)象調(diào)整，直到最終以活化的構(gòu)象被釋放出來。在此活化過程中，底物蛋白一直保持著無結(jié)構(gòu)的松散狀態(tài)，這也解釋了為何Hsp90的數(shù)百種序列不同、結(jié)構(gòu)迥異的底物都呈現(xiàn)出顯著的熱力學(xué)不穩(wěn)定性。

圖2. Hsp90的工作機(jī)制：一個(gè)由ATP賦能的“微型動(dòng)態(tài)納米機(jī)械夾鉗”

本論文據(jù)此提出了分子伴侶Hsp90的工作機(jī)制，它猶如一個(gè)由ATP賦能的微型納米機(jī)械夾鉗，將ATP的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為開合的機(jī)械動(dòng)能，為底物蛋白的折疊及活化提供了必要的動(dòng)態(tài)環(huán)境（圖2）。該研究為進(jìn)一步加深了人們對(duì)于Hsp90動(dòng)態(tài)分子機(jī)制的理解，為以該分子伴侶為抗癌藥靶分子設(shè)計(jì)提供了新的思路。

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