综述：氨基酸组成驱动的蛋白质活性

这篇综述系统探讨了蛋白质功能由氨基酸组成（而非一级序列）主导的新范式，重点分析了内在无序区域（IDR）和低复杂度结构域（LCD）中"组成驱动活性"的实验判定标准与分子机制，为理解朊病毒结构域（PrD）和转录激活结构域（TAD）等特殊蛋白功能提供了创新框架。

　　

氨基酸组成驱动的蛋白质活性新范式

Abstract

生物化学的基础范式认为蛋白质一级序列决定其结构与功能。然而某些蛋白区域突破这一限制，其活性更多由氨基酸组成而非序列决定。本综述提出"组成驱动蛋白活性"概念，系统阐述了实验判定标准、与序列进化的关系，以及该视角如何帮助解析朊病毒结构域和酸性转录激活结构域等典型实例。

Introduction

经典的"序列→结构→功能"范式在结构生物学中占据主导地位。但内在无序区域（IDR）虽缺乏稳定三维结构，仍能执行重要生物功能。这些区域的序列进化速率更快，且常通过保留特定氨基酸组成（而非精确序列）维持活性。低复杂度结构域（LCD）作为富含少数氨基酸的蛋白区域，其组成偏倚往往主导生化行为，导致特定蛋白活性在不同类型LCD中呈现统计学富集。

What is a "composition-driven protein activity"?

组成驱动活性指氨基酸组成（而非序列顺序）是决定蛋白活性的主要内在特征。组成不需要是唯一决定因素：一级序列元素可能调节活性水平，而组成偏倚可通过控制序列统计特征来确保关键序列元素的存在。因此，氨基酸组成与一级序列并非互斥，二者可协同贡献蛋白活性。

Relationships between primary sequence, amino acid composition, and protein activity

蛋白活性对序列的依赖程度可从两个维度描述：对氨基酸顺序的敏感性和对氨基酸身份变化的敏感性。典型示例如酵母朊病毒蛋白Sup35的朊病毒结构域（PrD），其七次重复序列打乱后仍保持朊病毒活性，但自发转化频率存在差异，表明组成主导活性的同时序列仍具微调作用。

Composition-driven activity is often linked to IDRs and LCDs

IDR的动态构象集合特性使其更易出现组成驱动活性。高净电荷导致扩展构象集合，而疏水残基促进链内相互作用形成塌缩构象。这些构象偏好主要由氨基酸组成决定，仅部分受电荷分布等松散序列模式影响。值得注意的是，并非所有IDR活性都依赖组成，某些仍需要短线性模体（SLiM）等序列元件。

Experimental indicators of composition-driven protein activities

判定组成驱动活性的实验指标包括：1）序列重复打乱仍保持活性；2）关键残基数量（而非位置）决定活性；3）扫描删除无必需片段；4）组成相似异源域可替代；5）基于组成的预测模型有效；6）可理性设计人工活性序列；7）深度突变扫描显示位置不敏感评分；8）进化中组成保守而序列变异。这些指标从不同角度验证组成主导程度，如Sup35 PrD的23个异源PrD替代实验显示，尽管序列相似度仅20-30%，但保持Q/N-rich组成即可支持朊病毒活性。

Prion formation or stress granule localization by Q/N-rich LCDs

酵母朊病毒蛋白Sup35的PrD是组成驱动活性的经典案例。其淀粉样纤维形成依赖平行β片层堆叠，这种"立体拉链"结构使相邻单体相同残基相互作用，因此序列打乱不影响核心相互作用网络。实验显示：1）所有打乱变体保持朊病毒活性；2）疏水/芳香残基任意位置插入均增强活性；3）人工设计的Q/N-rich序列可重建活性。值得注意的是，应激颗粒（SG）定位活性虽同为组成驱动，但特征谱不同：带电荷残基促进SG定位而抑制朊病毒形成，揭示相同结构域可能编码多种组成特异性活性。

Acidic TADs

酸性转录激活结构域（TAD）通过平衡酸性残基（D/E）与芳香族/疏水残基（F/W/Y/L）实现功能。其作用机制体现"分子语法"特性：1）负电荷维持无序构象并防止DNA非特异性结合；2）疏水残基暴露与共激活因子相互作用。高通量研究显示：1）人工设计的4D+5F组合几乎所有排列均具活性；2）CRX转录因子263aa TAD的深度突变扫描显示扁平化氨基酸效应谱；3）Msn2转录因子IDR中启动子选择活性呈现组成驱动特征，而转录激活活性仍依赖序列上下文，揭示同一区域可编码多层级调控信息。

Conclusions

组成驱动活性拓展了对蛋白质序列-功能关系的认知，特别为理解IDR和LCD的生物学作用提供了新框架。现有证据表明，这类活性可能广泛参与细胞过程，其研究需要结合生物信息学预测与多维度实验验证。未来研究应关注：1）组成特征与动态构象集合的定量关系；2）同一结构域多活性的组成解码机制；3）相关发现在疾病相关蛋白聚集和基因调控中的应用价值。