研究揭示分子伴侶的動力學機制

　　3月20日，國際期刊《美國國家科學院院刊》（PNAS）在線發表了中國科學院生物物理研究所柯莎（Sarah Perrett）研究組題為Kinetics of the conformational cycle of Hsp70 reveals the importance of the dynamic and heterogeneous nature of Hsp70 for its function 的研究論文。該論文報道了利用單分子熒光技術研究人源應激型Hsp70蛋白的構象動態及與輔分子伴侶Hsp40相互作用的動力學機制。

　　Hsp70蛋白是分子伴侶系統的核心成員之一，參與細胞內蛋白質折疊、轉運、降解等多種生理活動，對于維持細胞內蛋白質穩態平衡具有重要作用。Hsp70 包括核苷酸結合結構域和底物結合結構域，Hsp70通過核苷酸結合域將ATP水解為ADP，引發結構域之間的變構，實現對底物結合域的調控。Hsp70通常與輔分子伴侶Hsp40協同作用，Hsp40可提高Hsp70的ATP水解酶活性，促進功能循環和底物重折疊效率。此前結構生物學研究已解析了Hsp70在不同核苷酸結合態下的全長結構，然而對Hsp70結構域間的構象動態性，以及輔分子伴侶Hsp40引發Hsp70發生分子內及分子間構象變化的機制尚不清楚。

　　本研究采用單分子FRET技術揭示了不同核苷酸結合態下，人源應激型Hsp70（hHsp70）的核苷酸結合域與底物結合域之間均具有構象多態性，同時發現輔分子伴侶Hsp40（Hdj1）可提高hHsp70在ATP結合態下發生結構域分離的構象比例，并誘導hHsp70分子間二聚化，從而激活hHsp70的ATP水解酶活性。通過進一步動力學研究，獲得了Hdj1與hHsp70結合、引發hHsp70發生分子內變構、以及引發hHsp70二聚化組裝的速率，提出了Hsp70-Hsp40參與ATP水解循環的多步動力學機制。該研究揭示了Hsp70分子動態性對其發揮功能具有重要作用，為進一步闡明序列和結構高度同源的不同種類Hsp70之間的差異及其與功能的關系提供了新的線索。

　　生物物理所研究員柯莎為論文通訊作者，柯莎課題組副研究員吳思、清華大學副研究員洪柳、柯莎組博士生王宇清為論文的共同第一作者。該研究得到科技部、國家自然科學基金委項目等的資助。

　　圖示：單分子FRET技術揭示hHsp70構象動態及Hdj1引發hHsp70發生分子內變構和分子間組裝的過程