近日，穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置（SHMFF）用戶中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部黃成棟教授等團(tuán)隊(duì)，借助SHMFF所屬超導(dǎo)磁體SM3及配套850MHz液體核磁共振(NMR)波譜儀，首次揭示蛋白質(zhì)中的固有無序區(qū)域（IDR）無需與功能結(jié)構(gòu)域直接接觸，即可通過調(diào)控構(gòu)象熵，遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對蛋白活性的“開關(guān)”控制，打破了“必須接觸或發(fā)生結(jié)構(gòu)變化才能調(diào)控”的傳統(tǒng)認(rèn)知，為新型分子開關(guān)的設(shè)計(jì)提供了全新思路。該研究發(fā)表于《自然-結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)》(Nature Structural & Molecular Biology)期刊，并同步在該期刊上發(fā)表Research Briefing專題解讀。

蛋白質(zhì)的IDR廣泛存在，卻常因“缺乏穩(wěn)定結(jié)構(gòu)”而被視作“無用尾巴”。本研究以分子伴侶Sgt2為模型，通過高分辨率NMR和生化主要研究手段研究表明，Sgt2的自抑制作用與蛋白的中間結(jié)構(gòu)域無關(guān)，而是由IDR特定的氨基酸序列決定 （圖1）；只要改變IDR的序列，這種自抑制效果就會消失。由此表明，IDR區(qū)域本身很可能是決定蛋白功能的核心元件，而非“進(jìn)化殘留”。

與經(jīng)典的“構(gòu)象變化”模型不同，該研究證實(shí)，Sgt2蛋白的自抑制和解鎖過程完全建立在內(nèi)部動力學(xué)變化（即構(gòu)象熵）的調(diào)節(jié)上。IDR存在時(shí)，分子整體處于高度動態(tài)、低序參數(shù)（高熵）狀態(tài)，功能域被“鎖定”；而IDR被切除或底物結(jié)合后，分子變得剛性，活性被“解鎖” （圖2）。這揭示了“動態(tài)熵信號”作為蛋白遠(yuǎn)程調(diào)控的新范式，有望推廣到更多蛋白系統(tǒng)中。

該工作也充分展現(xiàn)了液體NMR技術(shù)在解析蛋白動態(tài)與功能關(guān)系上的獨(dú)特優(yōu)勢。這一發(fā)現(xiàn)不僅拓展了蛋白質(zhì)調(diào)控機(jī)制的認(rèn)知，更為未來開發(fā)高效、可控的新型蛋白分子開關(guān)提供了理論基礎(chǔ)。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士生季拓為論文第一作者；黃成棟、王育才、王朝教授為共同通訊作者。該項(xiàng)研究工作得到科技部、國家自然科學(xué)基金委員會、無膜細(xì)胞器與細(xì)胞動力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、合肥綜合性國家科學(xué)中心大健康研究院等機(jī)構(gòu)資助。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41594-025-01585-7

圖1. Sgt2的自抑制作用由C端IDR的特定序列決定，且不依賴中間結(jié)構(gòu)域或其他蛋白片段

圖2. Sgt2的IDR通過調(diào)控分子構(gòu)象熵，實(shí)現(xiàn)了無需直接接觸的遠(yuǎn)程自抑制和激活機(jī)制，從而動態(tài)切換蛋白的結(jié)合能力