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为解决胶原蛋白折叠过程中的稳定机制及相关疾病关联问题，来自法国里昂大学、德国拜罗伊特大学等机构的研究人员开展了胶原蛋白折叠密码的研究。结果发现胶原蛋白三螺旋正确折叠的信息编码于链间静电相互作用中，这对理解相关疾病发病机制意义重大。
在生命的微观世界里，胶原蛋白是一类极为重要的蛋白质，它广泛存在于人体中，为组织提供结构和强度，还参与诸多关键生物学过程，如组织稳态维持和血液凝固。胶原蛋白独特的三螺旋结构由三条超螺旋多肽组成，其折叠过程却充满谜团。传统观点认为内质网驻留伴侣蛋白热休克蛋白 47（Hsp47）在胶原蛋白折叠中起关键作用，可实验观察发现 Hsp47 并不能完全解释胶原蛋白的折叠现象，比如它无法识别某些类型的胶原蛋白，且在体外对 I 型胶原蛋白的稳定性和折叠速率影响不显著。此外，胶原蛋白多肽链长度可达 1000 个氨基酸，还常被非螺旋序列打断，这些序列会破坏折叠并降低稳定性，那么在这样复杂的情况下，胶原蛋白如何实现正确折叠并保持稳定，成为亟待解决的科学难题 。
为解开这一谜团，来自法国里昂大学实验室的 Jean - Daniel Malcor、德国拜罗伊特大学的 Abhishek A. Jalan 等研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员采用了多种技术方法。在序列分析方面，通过查询 UniProtKB 数据库获取不同生物的胶原蛋白及类似蛋白序列，利用 CD - HIT 算法去除冗余序列，确定胶原蛋白结构域和中断序列；运用 Z 评分分析 Yaa - Gly - Xaa 三联体的频率。为探究盐桥对胶原蛋白稳定性的影响，进行圆二色谱（CD）实验，监测不同 pH 条件下胶原蛋白和模型肽的展开动力学；使用差示扫描量热法（DSC）测定激活能；通过分子动力学（MD）模拟，从原子层面研究肽的展开过程。
研究结果如下：
- 三联体频率异常：分析发现，KGE 和 KGD 三联体在人类胶原蛋白及古菌、细菌、真核生物和病毒的胶原蛋白样蛋白中出现频率异常高，在中断序列周围同样如此。这表明它们在胶原蛋白的稳定性、折叠和功能方面可能发挥重要作用。
- 盐桥分布特征：经研究，人类 28 种胶原蛋白亚型平均每种含有约 50 个盐桥，这些盐桥分布于整个三螺旋结构域，C 末端四分之一区域盐桥密度更高。同时，α 链错配会显著减少盐桥数量，且胶原蛋白亚型中断序列越多、三螺旋结构域越长，盐桥数量也越多。此外，人类胶原蛋白中断序列两侧常出现盐桥 “结”，这暗示其可能具有重要功能。
- 盐桥几何特异性：研究显示，KGE 和 KGD 三联体形成的盐桥具有几何特异性，倾向于反式构型，且主要通过更碱性的顺式孤对电子相互作用。这与球状蛋白中盐桥的偏好构型不同，体现了胶原蛋白盐桥的独特性。
- 盐桥影响动力学稳定性：CD、DSC 实验和 MD 模拟表明，盐桥可增加胶原蛋白三螺旋肽的动力学稳定性，延缓其展开。在不同 pH 条件下，含 KGE 和 KGD 的肽展开速率不同，且其激活能高于仅含脯氨酸和羟脯氨酸的肽，这解释了为何自然界中形成盐桥的三联体在人类胶原蛋白中频率异常高。
- 盐桥与疾病关联：研究人员对相关数据库进行搜索，发现许多致病错义突变位于盐桥足迹内。例如，I 型胶原蛋白盐桥足迹内的甘氨酸突变常导致致死表型，这说明盐桥在维持胶原蛋白正常功能和结构稳定性方面至关重要。
研究结论和讨论部分指出，盐桥在胶原蛋白折叠过程中起到类似 “分子夹” 的作用，稳定折叠中间体，帮助三螺旋结构达到足够长度以抵抗熵破坏，进而实现正确折叠。这一机制为解释胶原蛋白样蛋白的折叠提供了新视角，表明进化可能趋同于一种利用盐桥稳定三螺旋的机制。此外，盐桥与疾病的关联研究也为理解相关疾病的发病机制提供了重要线索，后续对盐桥与疾病关系的深入研究，有望为相关疾病的诊断和治疗开辟新方向。总之，该研究成果对揭示胶原蛋白折叠密码、理解相关疾病机制具有重要意义，为生命科学和医学领域的进一步探索奠定了坚实基础。
