内在无序蛋白NUPR1与磷脂相互作用机制及其在细胞应激与癌症发展中的生物学意义

这篇研究揭示了内在无序蛋白（IDP）NUPR1与磷脂（PS/PIP2）的相互作用机制，通过近端连接实验（PLA）、核磁共振（NMR）和生物层干涉仪（BLI）证实其结合特性，并发现NUPR1通过疏水热点（Ala33/Thr68）以无序状态结合脂质，为理解其在膜细胞器稳定性和肿瘤发生中的作用提供了新视角。

　　

内在无序蛋白NUPR1与磷脂的相互作用

摘要

NUPR1是一种82个氨基酸残基组成的完全无序蛋白（IDP），在应激反应和癌症发展中起关键作用。本研究首次证实NUPR1能与磷脂酰丝氨酸（PS）和磷脂酰肌醇二磷酸（PIP₂）结合，并通过多学科技术揭示了其分子机制。

1 引言

NUPR1作为IDP的典型代表，虽缺乏稳定结构，却通过与多种分子（如DNA、蛋白质）的相互作用参与细胞调控。研究假设其可能通过与脂质结合参与膜相关功能，为此选择了PS、PIP₂和磷脂酰胆碱（PC）作为研究对象。

2 结果

2.1 细胞水平验证结合

在MiaPaCa-2细胞中，近端连接实验（PLA）显示NUPR1与PS/PIP₂存在相互作用，且抑制剂ZZW-115可阻断此结合，提示结合位点位于NUPR1的疏水热点区域。

2.2 体外结合动力学

核磁共振（NMR）显示，NUPR1与PC或PS/PC混合脂质体（PSm）结合后，其信号发生特异性变化：PC引起广泛信号变宽，而PSm导致部分残基（如Thr68）信号消失，表明结合具有脂质依赖性。生物层干涉仪（BLI）测得表观解离常数（K_D）约为3 mM，但结合机制差异显著——PSm的结合速率（k_on）比PC慢20倍，提示静电相互作用可能增强PS结合。

2.3 生物信息学预测

DisoLipPred算法预测NUPR1的脂质结合区域集中于两处：N端酪氨酸富集区（Tyr30/Tyr36）和核定位信号（NLS）附近的Thr68，与实验数据高度一致。跨膜预测软件MPex则未检出跨膜倾向，支持其表面结合特性。

2.4 分子对接模拟

通过分段对接策略发现，NUPR1片段与DPPC/DPPS膜的结合能平均为-6.0 kcal/mol，结合位点分布广泛但偏好热点区域，形成“模糊复合物”。这种非特异性结合模式与其IDP特性相符，解释了其多功能性。

3 讨论与结论

NUPR1与脂质的结合拓展了对其生物学功能的理解：

• 膜稳定性：可能通过表面结合参与核膜或细胞膜微区组织；

• 信号调控：PS在核膜富集，暗示NUPR1或参与核内脂质信号传导；

• 病理关联：在胰腺癌中，NUPR1过表达可能通过脂质相互作用促进肿瘤进展。

研究还提出新问题：NUPR1是否在膜相分离（LLPS）与脂质结合间动态切换？这需进一步探索RNA或PAR分子对其行为的调控。

4 方法

实验采用重组NUPR1蛋白，通过PLA、NMR和BLI技术分析结合特性。脂质体由PC或PS/PC混合制备，分子对接使用AutoDock Vina模拟。

意义与展望

作为首个报道完全无序蛋白与脂质结合的研究，不仅为IDP的功能多样性提供范例，也为开发靶向NUPR1-脂质互作的抗癌策略奠定基础。未来需解析其在生理/病理条件下的精确调控网络。