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近期来自美国能源部（DOE）劳伦斯伯克力国家实验室的研究人员利用先进光源（ALS）超亮X-射线束确定了调控蛋白质正确折叠的重要蛋白质复合物chaperonin中的一个关键性控制元件的晶体结构。这一研究发现对于深入了解蛋白质正常折叠的重要生物学结构基础具有重要的意义。
生物通报道 无论是在原始生物或是多细胞细胞中几乎所有的蛋白质都必须按照特异地方式折叠形成相应的空间构象才能正常发挥功能。其中，很多蛋白质都需要分子伴侣素（chaperonin)）的协助从而进行正确的折叠。过去的研究表明蛋白质错误折叠是导致某些恶性肿瘤及阿尔茨海默和亨廷顿病等神经变性疾病发生的重要原因。揭示蛋白质折叠的生物学机制有助于科学家们找到防治某些疾病的有效策略。然而到目前为止研究者们还无法完全解答蛋白质折叠之谜。
近期来自美国能源部（DOE）劳伦斯伯克力国家实验室的研究人员利用先进光源（ALS）超亮X-射线束确定了调控蛋白质正确折叠的重要蛋白质复合物chaperonin中的一个关键性控制元件的晶体结构。这一研究发现对于深入了解蛋白质正常折叠的重要生物学结构基础具有重要的意义。
该研究的负责人、伯克力实验室物理生命科学部门生物工程师、X-射线晶体学领域权威Paul Adams 说：“我们首次鉴别了II 型chaperonin中的一个我们称之为核苷酸-传感环（nucleotide-sensing loop）的区域，发现其中存在着ATP分子推动了chaperonin折叠运动。尽管一直以来我们都知道ATP水解对促进蛋白折叠起重要作用，然而此前并不清楚ATP活性时如何被感知和传送的。”
分子伴侣(chaperone)是一类可以协助细胞中蛋白质正确折叠的分子机器，其中的多聚体分子伴侣素(chaperonin)对许多重要的结构和调节蛋白的折叠起协助作用。目前存在有两种类型的chaperonins，I型存在于原核生物，II型存在于真核生物。这两类chaperonins在基础结构上显示出进化保守性，然而在功能机制上却存在显著差异。
Adams 说：“通过获得高度分辨率的晶体结构，我们可以详细研究核苷酸状态改变对于II型chaperonins的ATP结合和水解作用的影响。从这些结构中我们看到核苷酸-传感环对ATP结合位点改变起监控作用，并将这一信息传送至整个chaperonin。进一步的功能分析结果表明核苷酸-传感环利用这一信息调控了ATP的结合和水解速度，进而调控了蛋白质折叠反应时间。”
Adams 说：“过去的研究证实错误的蛋白质折叠与病理状态有着密切的联系。由于ATP水解是蛋白质折叠的必需条件，通过操纵某个chaperonin中的核苷酸-传感环将可以减慢或加速蛋白质折叠活性。”
在此项研究中，Adams和同事们解析的是古生菌（archaeon）的一种chaperonin蛋白质。研究人员表示在后续的研究中，他们将进一步研究人类的chaperonin蛋白TRiC。
“我们认为chaperonins应该已进化到了通过特定底物发挥作用，并在不同生物中导致蛋白质折叠速度巨大差异的程度。鉴别与ATP水解相关改变的结构及生物化学基础，将为我们揭开每种chaperonin的蛋白质折叠复杂之谜提供重要的见解。”
(生物通：何嫱）
生物通推荐原文摘要：
Mechanism of nucleotide sensing in group II chaperonins
Group II chaperonins mediate protein folding in an ATP-dependent manner in eukaryotes and archaea. The binding of ATP and subsequent hydrolysis promotes the closure of the multi-subunit rings where protein folding occurs. The mechanism by which local changes in the nucleotide-binding site are communicated between individual subunits is unknown. The crystal structure of the archaeal chaperonin from Methanococcus maripaludis in several nucleotides bound states reveals the local conformational changes associated with ATP hydrolysis. Residue Lys-161, which is extremely conserved among group II chaperonins, forms interactions with the γ-phosphate of ATP but shows a different orientation in the presence of ADP. The loss of the ATP γ-phosphate interaction with Lys-161 in the ADP state promotes a significant rearrangement of a loop consisting of residues 160–169. We propose that Lys-161 functions as an ATP sensor and that 160–169 constitutes a nucleotide-sensing loop (NSL) that monitors the presence of the γ-phosphate. Functional analysis using NSL mutants shows a significant decrease in ATPase activity, suggesting that the NSL is involved in timing of the protein folding cycle.
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