2018年11月，来自佐治亚大学的Zachary A. Wood教授和宾夕法尼亚大学的Stephen C. Harvey教授在Nature上发表了题为“The entropic force generated by intrinsically disordered segments tunes protein function”的文章，介绍了固有无序片段产生的熵力能够调节蛋白质的功能。
——简要介绍——
固有无序片段具有很多复杂的功能，比如配体结合和介导别构调节。人类UDP-α-D-葡萄糖-6-脱氢酶 （UGDH）的C端是由30个氨基酸组成的无序片段（ID-tail），移除这个片段通常对动力学参数没有明显的影响。本研究发现，这个ID-tail在UGDH的别构机制中起着重要的作用。UGDH催化UDP-α-d-glucose (UDP-Glc)到UDP-α-d-glucuronic acid的NAD+依赖性氧化，并受到别构抑制剂UDP-α-d-xylose (UDP-Xyl)的调节。在没有配体结合时，UGDH形成了一个没有活性的六聚体（E*），UDP-Glc诱导Thr131-loop-α6别构开关缓慢异构化为活性状态（E）。UDP-Xyl与UDP-Glc竞争活性位点，并诱导别构开关缓慢异构化为抑制状态（EΩ）（图1）。
图1. ID-tail对UGDH的别构抑制的作用
——ID-tail的结构约束——
通过改变ID-tail的组成和长度等来检查ID-tail的一级结构的重要性。图2a表示的是对79个脊椎动物的UGDH的长度为30个残基的ID-tail进行比对，不同的颜色代表不同的残基类型，残基的高度代表相对的频率。可以看到ID-tail在脊椎动物UGDH中高度保守。接下来对ID-tail的序列进行了一定的修改。R1和R2是对全长序列（FL）进行的随机排列，-Pro表示把序列中所有的脯氨酸替换成丝氨酸，-Lys表示把所有的赖氨酸替换成丝氨酸，从而创建带负电的ID-tail，Ser表示把所有的氨基酸都用丝氨酸代替，下面几个分别表示改变原序列的长度，ΔID表示去掉ID-tail（图2b）。从图2c可以看到在前面几种情况下UDP-Xyl的亲和力没有发生实质性的变化，只有去掉ID-tail时发生了显著的变化，说明UDP-Xyl亲和力与ID-tail的序列组成无关。图2d的结果表明，UDP-Xyl的亲和力取决于ID尾的长度。
图2. ID-tail的结构约束
图3a表示的是六聚体形成界面的体积排阻效应紧密地约束了ID-tail，图3b表示的是有约束和没有约束的条件下的模拟结果。从图3d的结果可知，ID-tail使UGDH不稳定了3.5度。同时ID-tail改变了UGDH的动力学，使别构开关的动力学增加（图3e）。
图3. ID-tail的熵力改变了UGDH的结构
——小结——
固有无序羧基末端（ID-tail）产生的熵力将人类UGDH的构象集合转移到对别构抑制剂具有高亲和力的亚态。ID-tail的功能不依赖于其序列或化学组成，而是与长度有关。ID-tail的非折叠态纠正了UGDH的动力学和结构，使之更易与抑制剂结合。该模型解释了演化选择无序片段调节蛋白质能量景观图及其稳定存在的原因。
参考文献：
Keul, N. D., et al. "The Entropic Force Generated byIntrinsically Disordered Segments Tunes Protein Function." Nature 563 7732 (2018): 584-88.
DOI: 10.1038/s41586-018-0699-5
作者： 谢娟
联系客服
