💡这项突破是什么?
中国科学院青岛生物能源与过程研究所（以下简称“青岛能源所”）蛋白质设计研究组姚礼山研究员团队，利用核磁共振（NMR）技术，在细胞内原位环境下研究了蛋白质GB3L的构象动态性，揭示了细胞环境通过弱相互作用改变蛋白质loop构象动态性的机制。相关研究成果发表在《Science Advances》上。
蛋白质在细胞内的构象动态性对于其功能至关重要，然而细胞内原位环境对蛋白质构象动态性的影响机制尚不清楚。青岛能源所蛋白质设计研究组姚礼山研究员团队利用核磁共振（NMR）技术，在细胞内原位环境下研究了蛋白质GB3L的构象动态性，揭示了细胞环境通过弱相互作用改变蛋白质loop构象动态性的机制。
该团队利用NMR自旋弛豫方法，通过测量蛋白质主链酰胺氮原子的横向弛豫速率差异（ΔR2）来表征细胞内蛋白质主链的动态性（图1）。由于蛋白质GB3L和细胞内周围大分子之间的弱相互作用阻碍了蛋白质的旋转扩散，可以采用NMR自旋弛豫方法将蛋白质动态性检测时间延长至微秒，并通过纳米颗粒辅助的自旋弛豫和残余偶极耦合方法证实了蛋白质环loop1具有皮秒到微秒时间尺度的动态性。该研究进一步通过序参数S2（0代表最柔性；1代表最刚性）表征发现，蛋白质环loop1区域具有很强的柔性，以及α1和β3间的linker也有较大的柔性（图1B）。虽然细胞内蛋白质构象动态性与水溶液中获得的结果趋势一致，但是数值上有显著差异，更为重要的是环loop1的突变体表明，疏水和带正电荷的突变与周围大分子的相互作用变强，会让该区域在细胞内蛋白质环loop1变得更加刚性（水溶液中无相应变化），即抑制了蛋白质环loop1区域的动态性（图2A-B）。利用不同表面电荷特性的纳米颗粒作为大分子模型，也可以在体外重现该现象（图2C-D）。这项工作实现了细胞内蛋白质环loop构象动态性的直接测量，为细胞环境通过弱相互作用改变蛋白质环loop的构象动态性提供了直接证据。
图2. GB3L环loop1构象动态性与序列关系
A) 不同突变体在不同条件的序参数S2比较；B) 细胞内环loop1 S2的平均值与细胞环境弱相互作用的相关性；
C)和D)GB3L环loop1 (K突变体)与阴离子纳米颗粒（aSNP）之间的静电吸引抑制了环loop1的构象动态性。
该研究的第一作者是蛋白质设计研究组的博士生王梦婷和副研究员宋乡飞，通讯作者是姚礼山研究员。该工作得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、山东省人才项目、中国科学院青促会项目和山东能源研究院科研创新基金等项目的支持。（文/图 宋乡飞 王梦婷 姚礼山）
附录：
原文链接：http://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg9141
Mengting Wang#; Xiangfei Song#,; jingfei Chen, Xiaoxu Chen, Xueying Zhang,Ying Yang, Zhijun Liu, and Lishan Yao*, Intracellular Environment Can Change Protein Conformational Dynamics in Cells through Weak Interactions. Science Advances 2023
