山東能源研究院/青島能源所實現細胞內蛋白質靜電相互作用的直接測量

  靜電相互作用在許多重要生物反應過程中起到至關重要的作用,如酶催化、蛋白質-蛋白質相互作用、蛋白質-DNA/RNA相互作用和H+的轉移等生物反應。但絕大多數蛋白質都是在細胞中執行其功能,復雜細胞環境可以擾動蛋白質的靜電相互作用,這對蛋白質功能的實施非常重要,但這種擾動能達到何種程度目前尚不清楚。
  近日,姚禮山研究員帶領的蛋白質設計研究組,在細胞內原位定量測量蛋白質靜電相互作用取得重要進展。該研究應用核磁共振技術和雙突變循環的(double  mutational cycle,DMC)方法,測量了細胞內IgG結合蛋白質GB3中的8對電荷相互作用,并與在胞外條件測量的結果進行比較。研究結果表明,蛋白質GB3中5對電荷的靜電相互作用沒有明顯變化,另外3對電荷的靜電相互作用減弱了70%以上(圖1)。進一步的研究表明,細胞內蛋白質靜電相互作用強弱與蛋白質折疊轉移自由能有關,折疊態和解折疊態的轉移自由能都影響細胞內蛋白質靜電相互作用,盡管后者通常比前者的影響更大(圖2)。研究結果凸顯了在細胞內直接研究蛋白質相互作用和蛋白質功能的重要性。
  上述工作近日發表于《Journal of the American Chemical Society》雜志上。第一作者是青島能源所的副研究員宋鄉飛和博士生王夢婷,通訊作者是青島能源所的姚禮山研究員。該工作得到國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金、山東省人才項目、中國科學院青促會項目和山東能源研究院科研創新基金等項目的支持。(文/圖 宋鄉飛 王夢婷 姚禮山)
   
  圖1. 在胞外條件和細胞內測量的GB3電荷對之間靜電相互作用的相關性

   圖2. 蛋白質折疊轉移自由能(ΔGtr)的性質:A) 所有測量的GB3突變體的折疊轉移自由能; B)和C)分別為折疊轉移自由能和折疊態相對轉移自由能及解折疊態相對轉移自由能之間的相關性。
  Xiangfei Song#, Mengting Wang#, Xiaoxu Chen, Xueying Zhang, Ying Yang, Zhijun Liu, and Lishan Yao*, Quantifying Protein Electrostatic Interactions in Cells by Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, Journal of the American Chemical Society, 2021 (DOI: 10.1021/jacs.1c10154).

 

 

 


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