天然無(wú)序蛋白（intrinsically disorder protein, IDP）廣泛存在于真核生物的蛋白質(zhì)組中，并在遺傳信息轉(zhuǎn)錄、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等生命過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。如何對(duì)天然無(wú)序蛋白高度柔性和異質(zhì)的構(gòu)象進(jìn)行高分辨刻畫一直是該領(lǐng)域方法學(xué)發(fā)展中的重點(diǎn)問(wèn)題。超過(guò)15%的IDP分子在細(xì)胞內(nèi)處于膜結(jié)合狀態(tài)，它們?cè)诹字p分子層環(huán)境下的內(nèi)部及全局運(yùn)動(dòng)（internal and global motions）與其理化性質(zhì)和生物功能息息相關(guān)，但這些動(dòng)態(tài)過(guò)程難以通過(guò)常規(guī)結(jié)構(gòu)分析方法進(jìn)行捕獲和定量表征。
近期，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)龍冬教授課題組發(fā)展了基于膜順磁弛豫增強(qiáng)技術(shù)（mPRE）的IDP波譜分析方法，成功實(shí)現(xiàn)對(duì)膜結(jié)合IDP分子內(nèi)部構(gòu)象動(dòng)態(tài)、膜內(nèi)旋轉(zhuǎn)及浸沒(méi)深度的高精度建模。相關(guān)成果以“Quantitative Ensemble Interpretation of Membrane Paramagnetic Relaxation Enhancement (mPRE) for Studying Membrane-Associated Intrinsically Disordered Proteins”為題發(fā)表于著名學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》(Journal of the American Chemical Society)。
圖1. 基于mPRE順磁弛豫速率(Γ2)的膜結(jié)合態(tài)IDP系綜建模。
在該工作中，研究人員為準(zhǔn)確解釋mPRE波譜數(shù)據(jù)，詳細(xì)探究了自旋探針?lè)肿釉谀?nèi)的柔性和流動(dòng)性，并提出加權(quán)三維點(diǎn)陣模型用于定量刻畫自旋探針動(dòng)態(tài)性對(duì)膜順磁弛豫增強(qiáng)速率（Γ2）的影響。利用該模型的計(jì)算高效性，研究人員進(jìn)一步發(fā)展了mPRE實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)引導(dǎo)的迭代更新算法，對(duì)膜結(jié)合天然無(wú)序蛋白的全局和內(nèi)部運(yùn)動(dòng)自由度進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了隱式膜環(huán)境下IDP全原子系綜模型的構(gòu)建。作為原理驗(yàn)證和應(yīng)用示范，該方法被用于解析CD3ε胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域（CD3εCD）在脂質(zhì)雙膠束（lipid bicelle）中的動(dòng)力學(xué)系綜。CD3εCD包含有重要的酪氨酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)基序（ITAM），以固有無(wú)序狀態(tài)與脂質(zhì)雙分子層形成模糊復(fù)合物（fuzzy complex），并利用膜對(duì)關(guān)鍵酪氨酸位點(diǎn)的動(dòng)態(tài)屏蔽來(lái)調(diào)節(jié)其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)活性?；趍PRE實(shí)驗(yàn)參數(shù)生成的動(dòng)力學(xué)系綜在原子水平上詳細(xì)繪制了CD3εCD在膜內(nèi)不同區(qū)域的動(dòng)態(tài)分布，并揭示ITAM上不同酪氨酸位點(diǎn)與膜作用的關(guān)鍵差異，為T細(xì)胞中起抑制反饋?zhàn)饔玫腎TAM單磷酸化（monophosphorylation）狀態(tài)提供了新的機(jī)制性解釋。該工作所確立的mPRE波譜分析方法預(yù)期可廣泛推動(dòng)各種功能性膜天然無(wú)序蛋白的原子分辨率研究。
該課題組博士研究生金紅、博士后柳丹為論文共同第一作者。該研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)的資助。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c10847
（生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部、科研部）
