磷酸化无序蛋白构象调控的粗粒化模型构建及其在相分离研究中的应用

研究人员针对磷酸化修饰如何影响无序蛋白(IDPs)构象特征的科学问题，开发了与CALVADOS模型兼容的粗粒化分子动力学模型。通过数据驱动方法量化丝氨酸/苏氨酸磷酸化对蛋白全局尺寸的影响，证实电荷效应是构象变化的主因，为从分子层面解析磷酸化调控IDPs功能及液-液相分离(LLPS)机制提供了新工具。

　　

在生命活动的分子舞台上，内在无序蛋白(IDPs)以其独特的"变形金刚"特性扮演着关键角色。这些蛋白缺乏固定三维结构，却通过动态构象变化参与细胞信号转导、转录调控等重要过程。其中，蛋白质磷酸化作为最常见的翻译后修饰之一，如同给这些"分子橡皮筋"贴上带电标签，显著改变其物理化学性质。然而，磷酸化如何精确调控IDPs的构象分布？这一基本问题长期困扰着生物物理学家，尤其当考虑到磷酸化在液-液相分离(LLPS)等新兴生物学现象中的关键作用时，建立定量预测模型的需求变得尤为迫切。

研究人员采用自上而下(top-down)的数据驱动策略，构建了与CALVADOS模拟框架兼容的粗粒化模型。该研究首先整合磷酸化诱导的蛋白尺寸变化实验数据，通过系统参数化建立磷酸丝氨酸/苏氨酸的特异性相互作用模型。为区分电荷效应与磷酸基团特异性作用，研究引入天冬氨酸/谷氨酸等磷酸模拟物进行对照模拟。技术路线涵盖：1)基于实验数据的力场参数优化；2)全原子与粗粒化(CG)模型的交叉验证；3)通过回转半径(R_g)等指标量化构象变化。

【模型构建与验证】

通过将磷酸化修饰的电荷效应纳入CALVADOS的相互作用势能函数，模型成功重现了实验观测的构象膨胀现象。与野生型相比，磷酸化导致IDPs的R_g平均增加15-20%，这一变化与磷酸化位点密度呈正相关。

【电荷效应的主导作用】

对比实验显示，磷酸模拟物(如D/E突变)产生的构象扩展可达真实磷酸化的80%以上，表明静电排斥是构象变化的主要驱动力。磷酸基团特有的氢键网络仅贡献约20%的尺寸效应。

【相分离预测潜力】

模型预测磷酸化可通过两种机制调控LLPS：高电荷密度抑制相分离核心区的形成，而特定序列背景下的磷酸化可能促进多价相互作用。这与近期关于核仁蛋白磷酸化调控的报道高度一致。

这项研究建立了首个专门针对磷酸化IDPs的粗粒化力场，其创新性体现在：1) 首次定量解耦了磷酸化的电荷效应与特异性相互作用；2) 为理解磷酸化依赖的相分离调控提供了物理框架。该模型可直接应用于全基因组尺度预测，对于解析神经退行性疾病相关蛋白（如Tau、α-synuclein）的病理聚集机制具有重要启示。未来通过整合更多磷酸化位点的特异性参数，模型有望成为研究细胞信号网络动态重组的有力工具。