蛋白质结构域间柔性取向分布预测的挑战与评估：CASP16构象集合实验启示

《Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics》：Predicting Pose Distribution of Protein Domains Connected by Flexible Linkers Is an Unsolved Problem

本研究针对柔性连接子连接的蛋白质结构域相对取向分布预测这一难题，通过CASP16构象集合实验系统评估了计算方法对葡萄球菌蛋白A（SpA）ZLBT-C构建体的预测性能。研究发现现有预测方法均无法准确复现实验数据揭示的野生型与Gly6变体间的构象差异，凸显了NMR RDC与SAXS技术在蛋白质动态构象研究中的互补价值。

　　

在蛋白质科学领域，准确预测由柔性连接子（linker）连接的两个结构域的相对空间取向分布，至今仍是尚未攻克的重要难题。这类结构域-连接子-结构域（D-L-D）蛋白质的构象动态性，对理解蛋白质功能、变构调节、聚集行为以及结合热力学具有关键意义。

在第十六届蛋白质结构预测关键评估（CASP16）的构象集合实验中，研究者设置了两项挑战任务，旨在评估计算方法对一种葡萄球菌蛋白A（Staphylococcal protein A, SpA）构建体（ZLBT-C）的结构域间取向分布的预测能力。该构建体包含两个几乎相同的结构域，它们分别通过两种不同的连接子连接：(1) 六肽野生型（WT）连接子（序列为kadnkf），其序列高度保守，被认为可能参与形成与宿主抗体结合的能垒；(2) 全甘氨酸（Gly₆）连接子。

实验的“金标准”数据来源于对WT蛋白的核磁共振（NMR）残余偶极耦合（RDC）测量，以及对两种蛋白在溶液中进行的小角X射线散射（SAXS）分析。共有25个预测团队提交了35组预测的构象分布结果，这些结果均以种群加权的有限离散结构集合形式呈现。

与传统的CASP评估（直接比较预测原子模型与实验原子模型）不同，本次评估通过“反向计算”来检验预测准确性：即从每个预测的结构模型集合出发，重新计算其理论上应产生的NMR RDC数据和SAXS曲线，再将这些计算结果与真实的实验数据进行比对。此外，还采用了核化（kernelization）方法，将预测的离散结构集合与基于实验数据最优拟合出的连续取向分布进行比较。

评估结果表明，尽管各预测方法的准确性差异显著，但没有一个预测结果能同时对NMR和SAXS数据达到高度吻合。更重要的是，所有预测均未能成功复现SAXS数据所观测到的WT蛋白与Gly₆变体蛋白之间的构象分布差异。这项分析不仅揭示了当前预测方法的优势与局限性，也凸显了NMR RDC与SAXS技术在解析蛋白质动态结构方面的互补性。

利益冲突方面，Bruce R. Donald是Ten63 Therapeutics公司的创始人，Gaetano T. Montelione是Nexomics Biosciences公司的创始人，其他作者则声明无利益冲突。