Cell：捕捉熱點蛋白的巔峰時刻

日期：2012-12-06 10:02:40

分子伴侶的研究逐漸熱門起來，科學家們希望分子伴侶能夠成為癌癥治療的新靶點，例如可以阻止癌細胞利用分子伴侶無休止地增殖。麻省大學Amherst分校Lila Gierasch領導的研究團隊巧妙揭示了熱休克蛋白Hsp70作用機制中的關鍵一步，成功捕捉到了Hsp70發揮功能時的動態。這項由NIH資助的研究實現了該領域的重大突破，文章即將發表在本期的Cell雜志上。

蛋白只有在折疊成為正確構象后才能夠發揮功能，但在細胞內的條件下蛋白折疊并不容易，因此需要分子伴侶的輔助。核糖體合成的蛋白一開始結構很松散就像面條一樣，而Hsp70這類分子伴侶負責輔助蛋白的折疊。

分子伴侶作用機制非常重要，因為所有快速分裂的細胞都要使用大量的Hsp70。Gierasch指出，“癌癥會使機體高速合成Hsp70，人們認為癌細胞對Hsp70非常依賴，因為癌細胞的快速增殖需要很多這種分子伴侶。如果我們能夠想辦法將Hsp70從癌細胞剔除，也許就能抑制腫瘤的失控生長。要尋找抑制Hsp70的途徑，就必須先了解它的作用機理，從中找出它的弱點?！?/SPAN>

從細菌到人類，每個細胞中分子伴侶蛋白就像是貼身保鏢，防止新生蛋白錯誤折疊，也在發燒等情況下保護蛋白結構的完整。熱休克蛋白Hsp家族中就有許多分子伴侶履行著上述職責。

Gierasch解釋到，新生蛋白面臨著艱難的環境，細胞內是很擁擠的，蛋白的粘性氨基酸鏈很容易糾結在一起，導致蛋白累積。神經退行性疾病等許多疾病的病理過程都涉及蛋白異常累積，而分子伴侶的結合能夠避免這類麻煩。正因如此，分子伴侶的治療潛力吸引了人們的廣泛興趣。

分子伴侶如果結合得太緊密，蛋白就不能正常行使功能。而在松散狀態下，分子伴侶所結合的客戶蛋白可以自由折疊或者再結合其他分子伴侶。研究顯示，分子伴侶實際上是在松緊兩種結合狀態間快速循環，這種循環取決于ATP或ADP是否結合。研究人員指出，Hsp70形成了一個“預備模式”，在保護蛋白的同時保持著蛋白的活力，使其可以即時執行功能。

研究人員知道Hsp70在緊密結合和松散結合時的結構，但對二者之間的情況并不了解，而這又是了解分子伴侶作用機制所不可或缺的。就像是運動員跳高，記者只拍到了起跳和著地，但沒拍到他跳到頂點時的狀態。“終點結構并不能反映分子伴侶的作用機制，我們想看到的是分子伴侶起作用時的形態變化，” Gierasch說。

研究人員采用先進的核磁共振技術NMR，通過分析不同條件下蛋白各氨基酸的變化來獲得Hsp70結構的“指紋”圖，由此他們得到了大腸桿菌E. coli中DnaK（一種Hsp70）的核磁共振圖譜。隨后，研究人員巧妙利用突變使Hsp70在松緊結合循環中暫停，獲得了Hsp70起作用時短暫中間態的分子指紋，展示了Hsp70的關鍵變構。