華人科學家解析熱點蛋白的作用機制
弗吉尼亞聯邦大學VCU的研究人員，對負責蛋白內穩態的關鍵分子Hsp70進行研究，揭示了Hsp70與ATP結合的具體機制，文章發表在本周的Nature Structural & Molecular Biology雜志上。ATP是細胞內負責能量轉移的分子，Hsp70與ATP結合可以增強自身活性和工作效率，不過此前人們并不了解這一過程的細節。熱休克蛋白Hsp70相當普遍，是蛋白正確折疊和維持蛋白內穩態所必需分子伴侶。Hsp70參與了蛋白質的裝配、降解和運輸，能夠幫助細胞抵御壓力。此前的研究顯示，蛋白質內穩態不平衡，會引發神經退行性疾病和癌癥。
研究人員通過結構分析，展示了ATP結合Hsp70后，使其發生變構并打開多肽結合位點的過程。Hsp70需要從ATP水解過程獲取能量，以結合多肽底物并執行正常功能。
Hsp70有兩個功能域：核苷酸結合域NBD結合和水解ATP，底物結合域SBD負責結合多肽。ATP的結合會促進多肽釋放，而多肽的重新結合又會刺激ATP水解，不過人們之前對這一過程并不了解。現在研究人員對源自大腸桿菌的Hsp70進行研究，解析了Hsp70結合ATP時的完整晶體結構，分辨率達到了1.96-Å。研究顯示，Hsp70結合ATP后發生變構，使多肽結合位點打開。
“Hsp70對于蛋白的運輸和正確折疊至關重要，而錯誤折疊的蛋白會大大影響細胞的功能。因此，Hsp70與癌癥、衰老和神經退行性疾病關系密切，”VCU大學醫學院的助理教授劉青蓮（Qinglian Liu）博士說。劉博士1993年畢業于南開大學，2002年在威斯康星大學獲得博士學位。
“在原子水平解析Hsp70工作時的結構，將為新藥設計奠定基礎，幫助人們開發特異性調節Hsp70功能的小分子藥物。這類藥物將有望治療癌癥或神經退行性疾病，”她說。
研究人員通過結構和生化分析，展現了Hsp70利用ATP打開底物結合位點的過程，Hsp70通過這一機制調節自身與多肽結合的能力。
“這項研究可以幫助我們在原子水平上理解，Hsp70在蛋白質折疊、裝配、運輸和降解中的功能，”劉博士說。
下一步，研究人員將在這項研究的基礎上，設計特異性的Hsp70調節子，并測試其治療癌癥或神經退行性疾病的潛力。此外，他們還將分析Hsp70與Hsp40合作維持蛋白內穩態的具體機制，
