Cell：捕捉热点蛋白的巅峰时刻

分子伴侣的研究逐渐热门起来，科学家们希望分子伴侣能够成为癌症治疗的新靶点，例如可以阻止癌细胞利用分子伴侣无休止地增殖。麻省大学Amherst分校Lila Gierasch领导的研究团队巧妙揭示了热休克蛋白Hsp70作用机制中的关键一步，成功捕捉到了Hsp70发挥功能时的动态。这项由NIH资助的研究实现了该领域的重大突破，文章即将发表在本期的Cell杂志上。

蛋白只有在折叠成为正确构象后才能够发挥功能，但在细胞内的条件下蛋白折叠并不容易，因此需要分子伴侣的辅助。核糖体合成的蛋白一开始结构很松散就像面条一样，而Hsp70这类分子伴侣负责辅助蛋白的折叠。

分子伴侣作用机制非常重要，因为所有快速分裂的细胞都要使用大量的Hsp70。Gierasch指出，“癌症会使机体高速合成Hsp70，人们认为癌细胞对Hsp70非常依赖，因为癌细胞的快速增殖需要很多这种分子伴侣。如果我们能够想办法将Hsp70从癌细胞剔除，也许就能抑制肿瘤的失控生长。要寻找抑制Hsp70的途径，就必须先了解它的作用机理，从中找出它的弱点。”

从细菌到人类，每个细胞中分子伴侣蛋白就像是贴身保镖，防止新生蛋白错误折叠，也在发烧等情况下保护蛋白结构的完整。热休克蛋白Hsp家族中就有许多分子伴侣履行着上述职责。

Gierasch解释到，新生蛋白面临着艰难的环境，细胞内是很拥挤的，蛋白的粘性氨基酸链很容易纠结在一起，导致蛋白累积。神经退行性疾病等许多疾病的病理过程都涉及蛋白异常累积，而分子伴侣的结合能够避免这类麻烦。正因如此，分子伴侣的治疗潜力吸引了人们的广泛兴趣。

分子伴侣如果结合得太紧密，蛋白就不能正常行使功能。而在松散状态下，分子伴侣所结合的客户蛋白可以自由折叠或者再结合其他分子伴侣。研究显示，分子伴侣实际上是在松紧两种结合状态间快速循环，这种循环取决于ATP或ADP是否结合。研究人员指出，Hsp70形成了一个“预备模式”，在保护蛋白的同时保持着蛋白的活力，使其可以即时执行功能。

研究人员知道Hsp70在紧密结合和松散结合时的结构，但对二者之间的情况并不了解，而这又是了解分子伴侣作用机制所不可或缺的。就像是运动员跳高，记者只拍到了起跳和着地，但没拍到他跳到顶点时的状态。“终点结构并不能反映分子伴侣的作用机制，我们想看到的是分子伴侣起作用时的形态变化，” Gierasch说。

研究人员采用先进的核磁共振技术NMR，通过分析不同条件下蛋白各氨基酸的变化来获得Hsp70结构的“指纹”图，由此他们得到了大肠杆菌E. coli中DnaK（一种Hsp70）的核磁共振图谱。随后，研究人员巧妙利用突变使Hsp70在松紧结合循环中暂停，获得了Hsp70起作用时短暂中间态的分子指纹，展示了Hsp70的关键变构。

这项研究是一个重大进步，为日后控制Hsp70形态和结合能力奠定了基础。了解Hsp70工作时的结构对于开发相关药物，控制癌细胞内的可用Hsp70非常重要。