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N - 端降解通路（N-degron pathway）对蛋白质质量控制与细胞稳态至关重要。为明确 GID 泛素连接酶亚基 GID4 识别 Pro/N-Degron 机制，研究人员通过 MD 模拟与结合能计算发现其通过构象选择与诱导契合结合底物，该成果为调控蛋白降解通路提供新视角。
在细胞的 “蛋白质工厂” 里，蛋白质的合成与降解如同精准调控的天平，维持着机体的正常运转。其中，N - 端降解通路（N-degron pathway）作为蛋白质质量控制的关键环节，犹如细胞内的 “垃圾清理工”，负责识别并清除异常或多余的蛋白质，对细胞稳态维持至关重要。然而，该通路中核心识别组件 ——GID 泛素连接酶亚基 GID4 的工作机制却一直笼罩着神秘面纱。已知 GID4 通过识别蛋白质 N 端脯氨酸（Pro）结合底物，但它如何精准区分含 Pro 的降解信号与其他氨基酸序列？非 Pro 残基在结合过程中扮演何种角色？这些未解之谜制约着人们对蛋白质降解调控的深入理解，也阻碍了靶向干预相关通路在疾病治疗中的应用探索。
为揭开 GID4 的 “识别密码”，研究人员开展了一项富有挑战性的研究。通过分子动力学模拟（MD simulations）与结合能计算等前沿技术，深入剖析 GID4 与 Pro/N-Degron 肽段及非 Pro 残基的相互作用。这项发表在《Biophysical Journal》上的研究，为解析 N - 端降解通路的分子机制打开了新窗口。
研究中，研究人员主要运用了分子动力学模拟（MD simulations）和结合能计算这两项关键技术。分子动力学模拟能够动态追踪 GID4 在溶液环境中的构象变化，而结合能计算则可量化不同残基与 GID4 之间的相互作用强度，二者结合为揭示 GID4 的结合机制提供了强大工具。
GID4 的构象动态与结合口袋特性
通过分子动力学模拟发现，在无底物结合的 apo 状态下，GID4 的发夹环结构（L1、L2、L3、L4）如同灵活的 “闸门”，促使其结合口袋在开放与闭合状态间交替变换。这种动态构象变化犹如精密的 “分子开关”，使 GID4 能够选择性识别携带 N 端降解信号的蛋白质。当含 Pro 的底物接近时，开放的结合口袋如 “捕网” 般捕捉底物，随后通过环结构的适应性调整，将底物稳定锁定在结合位点，形成稳定的复合物。
结合机制：构象选择与诱导契合的协同作用
进一步分析表明，GID4 的底物识别并非单一机制主导，而是构象选择与诱导契合的协同过程。构象选择机制如同 “量体裁衣”，GID4 预先存在的多种构象中，仅有特定构象能与含 Pro 的降解信号完美匹配，从而实现对底物的初步筛选；而诱导契合则像 “按需塑形”，当底物结合后，GID4 的环结构通过细微的构象调整，进一步优化与底物的相互作用界面，增强结合亲和力。这种双重机制确保了 GID4 既能快速识别目标底物，又能稳定结合，避免误判。
N 端脯氨酸突变的影响
通过突变实验发现，若将底物 N 端脯氨酸突变，其与 GID4 的结合贡献显著降低，说明 Pro 在初始识别阶段起着关键作用。然而，该突变对 GID4 与其他非 Pro 残基的相互作用影响甚微，表明 GID4 在结合过程中，对 Pro 的识别具有高度特异性，而与其他残基的相互作用则主要负责稳定复合物结构，二者分工明确，共同保障了底物识别的准确性与高效性。
这项研究首次系统揭示了 GID4 在 Pro/N-Degron 肽段识别中的动态构象调控机制，证实其通过构象选择与诱导契合的协同作用实现对底物的精准识别与稳定结合。研究发现不仅填补了 N - 端降解通路分子机制研究的空白，更为靶向调控蛋白质降解通路提供了关键理论依据。例如，在癌症治疗中，若能干预 GID4 与癌细胞异常蛋白的结合，有望开发出新型的蛋白质降解靶向药物；在神经退行性疾病中，通过调控该通路促进异常蛋白的清除，或许能为疾病治疗开辟新方向。此外，研究中建立的分子动力学模拟与结合能计算模型，也为其他泛素连接酶的作用机制研究提供了可借鉴的方法学参考，推动了蛋白质降解领域的研究进展。
