Nature子刊：解开蛋白质折叠的奥秘

　　

生物通报道：蛋白质是生命的主力，调解着每一个生命形态中几乎所有的生物学事件。科学家们知道蛋白质是如何组织起来的，但是蛋白质折叠——它们是如何构建的，仍然充满了许多奥秘。延伸阅读：PLOS报道蛋白错折叠疾病新发现。

最近，密歇根州立大学在《Nature Chemical Biology》杂志发表的一项研究，描述了一种化学方法，可解决关于复杂蛋白质折叠过程的一些谜题。当正常运转时，成串的氨基酸就变得秩序井然，只需一瞬间就形成三维蛋白质。但是，当它出错时，就是许多严重疾病的第一步。

当错误发生在折叠过程中时，蛋白质就会聚集在一起，形成斑块，如帕金森病和囊性纤维化中发现的斑块，并导致细胞退化。理解折叠，就可能带来相应的医学进步，在最早的阶段治疗这类疾病及其他疾病。相关阅读：PLOS：未折叠蛋白如何迁入细胞？；PNAS：渐冻人是一种蛋白质聚集疾病。

本文资深作者、MSU化学家Heedeok Hong指出：“我们的新型工具，可以应用于分析疾病变异如何影响病理上重要的膜蛋白的结构和功能完整性。这些知识最终将有助于设计出治疗方法，稳定有缺陷的膜蛋白，发挥其最优功能。”

该研究小组关注膜蛋白，是因为所有蛋白质中大约有30%是驻留在这个封装细胞的油层中。膜蛋白执行许多生命功能，包括营养物质的吸收、废物的分泌，维持离子平衡和传递神经信号。

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Hong说：“尽管它们非常重要，但是我们几乎不了解膜蛋白是如何折叠的，由于缺乏足够的方法，研究膜蛋白质折叠一直都是很难的。”

为了解决膜的奥秘，该研究小组开发了一种新方法被称为“空间捕获”。首先，科学家们将两个小分子标记附加到一个折叠形式的蛋白质上。接下来，他们加入了结合这些标记的庞大附件。这些大的附件，仅靠它们的规模，就能解开蛋白质其呈现为未折叠状态。

这个简单而有说服力的过程，可以测试膜蛋白的稳定性，显示了膜蛋白是什么样子，并揭示了构建蛋白质的单个氨基酸是如何共同发挥作用，来维持其折叠形状的。

Hong说：“使用这种新型标记结合系统，或空间陷阱，我们的团队能够观察和测试膜蛋白，而不会扰乱它们的原生环境。控制蛋白折叠和展开，同时维持它们的膜环境，一直是解决膜蛋白质折叠问题的主要方法障碍。我们已经克服了一个障碍，现在我们准备克服另一个。”

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Steric trapping reveals a cooperativity network in the intramembrane protease GlpG
Abstract: Membrane proteins are assembled through balanced interactions among proteins, lipids and water. Studying their folding while maintaining the native lipid environment is necessary but challenging. Here we present methods for analyzing key elements of membrane protein folding including thermodynamic stability, compactness of the unfolded state and folding cooperativity under native conditions. The methods are based on steric trapping, which couples the unfolding of a doubly biotinylated protein to the binding of monovalent streptavidin (mSA). We further advanced this technology for general application by developing versatile biotin probes possessing spectroscopic reporters that are sensitized by mSA binding or protein unfolding. By applying these methods to the Escherichia coli intramembrane protease GlpG, we elucidated a widely unraveled unfolded state, subglobal unfolding of the region encompassing the active site, and a network of cooperative and localized interactions to maintain stability. These findings provide crucial insights into the folding energy landscape of membrane proteins.