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为探究细菌伴侣蛋白（chaperonin）中保守的富含甘氨酸和蛋氨酸的羧基末端残基（CTS）的作用，研究人员开展了对其功能的研究。通过系统发育、遗传和结构分析，发现 CTS 在伴侣蛋白介导的蛋白质折叠功能中具有重要意义，这为理解疾病相关的蛋白质折叠通路和治疗提供了方向。
在微观的细胞世界里，蛋白质就像一群忙碌的 “小工匠”，各自承担着重要任务。但这些 “小工匠” 在工作前，需要正确折叠成特定的三维结构才能正常发挥功能。细菌伴侣蛋白 GroEL 及其辅助因子 GroES 组成的分子机器，就像是蛋白质的 “折叠工厂”，帮助蛋白质正确折叠。然而，尽管科学家们对 GroEL 介导的蛋白质折叠机制有了不少了解，但 GroEL 中保守的富含甘氨酸（glycine）和蛋氨酸（methionine）的羧基末端残基（CTS）到底有什么作用，一直是个未解之谜。
在许多细菌中，存在多个伴侣蛋白基因，可奇怪的是，它们总会保留至少一个具有富含 gly - met 的 CTS 的同源物，这暗示着 CTS 有着不可或缺的保守功能。此前的研究对 CTS 的功能说法不一，有的研究认为它对伴侣蛋白功能并非必需，而有的研究又发现它在蛋白质结合和内化等过程中可能发挥重要作用，这让 CTS 的功能更加扑朔迷离。为了揭开这个谜团，来自英国伯明翰大学（University of Birmingham）的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Communications Biology》杂志上。
研究人员为了探究 CTS 的功能，采用了多种关键技术方法。首先运用系统发育分析，对 325 个伴侣蛋白序列进行研究，了解 CTS 在进化过程中的特征。接着构建大肠杆菌（E. coli）GroEL CTS 变体，通过遗传实验，观察这些变体对细菌生长等方面的影响。同时，利用结构建模和正常模式分析（NMA），从分子层面研究 CTS 在 GroEL 寡聚体中的结构和运动情况。
研究结果如下：
- 系统发育分析表明 CTS 功能相关：对 325 个放线菌伴侣蛋白序列的系统发育分析显示，CTS 的组成差异很大程度上影响了伴侣蛋白的分类。富含 gly - met 的 CTS 所在的伴侣蛋白分支长度较短，更为保守，这意味着它们受到更高的选择压力，表明其功能至关重要。同时，对 CTS 区域的序列分析发现，该区域与全长序列相比，具有更高的分歧度，进一步证明了 CTS 对伴侣蛋白序列差异的重要贡献123。
- GroEL 羧基末端对伴侣蛋白功能至关重要：研究人员构建了缺失 13 个残基 C 末端（GroELΔC13）的 GroEL 变体，通过多种实验来测试其功能。在 groEL 缺失菌株 AI90 中，只有表达全长 GroEL 的菌株才能失去携带 groEL 基因的庇护质粒，变得对氯霉素敏感，而 GroELΔC13无法替代全长 GroEL 的功能。在其他菌株如 LG6 和 MGM100 中，GroELΔC13也只能在特定条件下部分恢复生长，这表明至少最后 13 个氨基酸（(GGM)4M）对 GroEL 的功能是必要的4512。
- CTS 在伴侣蛋白循环中与顶端结构域运动相关：通过结构建模和 NMA 发现，CTS 在 GroEL 的两个环形结构中呈现出与腔体特异性相关的构象，填充在腔体底部的空隙中。在 GroEL 的功能循环过程中，CTS 的运动与顶端结构域的运动高度相关，在从紧密（T）状态转变为松弛（Rn）状态时，CTS 会发生显著的构象变化，这种变化与顶端结构域的运动同步，支持了 CTS 在识别和结合客户蛋白过程中与顶端结构域协同作用的假设678。
- 疏水性和灵活性对大肠杆菌 GroEL 富含 Gly - Met 的 C 末端至关重要：研究人员通过在计算机模拟和实验中改变 CTS 的疏水性和灵活性，构建了多种 GroEL CTS 变体。结果发现，这些变体的 CTS 区域动态与野生型有很大差异，并且在功能测试中，这些变体在限制性条件下均无法拯救大肠杆菌 MGM100 的生长，表明改变 CTS 的疏水性或灵活性会对伴侣蛋白的功能产生不利影响，凸显了 CTS 的组成对其功能的关键作用91011。
研究结论和讨论部分指出，这项研究通过遗传和结构工具，明确了 CTS 在 GroEL 功能中起着关键作用，可能参与识别和内化客户蛋白。研究人员提出了 CTS 的作用模型，在该模型中，CTS 通过暴露的疏水表面结合未折叠的客户蛋白，随着 ATP 诱导 GroEL 环的构象变化，客户蛋白被拉进腔体，在 ATP 水解过程中折叠，最后由于疏水 CTS 的排斥作用从顺式环中排出。此外，由于伴侣蛋白与多种致病过程和疾病相关，深入了解具有不同 CTS 的伴侣蛋白的作用机制，有望为开发新的治疗方法提供方向，比如通过 CTS 特异性纳米抗体或 siRNA 进行特异性抑制，从而为相关疾病的治疗开辟新途径。
