新進展！分子伴侶Hsp90的功能機制研究中取得重大進展

事情并不總是像看上去那樣。以胰腺癌為例。在多達十分之一的病例中，研究人員記錄了一種特殊的特征。一些胰腺細胞似乎失去了它們的特性。就好像他們忘了自己是誰。

“這很奇怪。你看到胰腺癌，通常有點像原來的器官，失去了這些特征，基本上變得類似于皮膚或食道——這些其他非常不相關的組織，”前冷泉港實驗室(CSHL)博士后迪奧戈·馬亞-席爾瓦解釋說，他現在在馬薩諸塞州總醫院。

多年來，研究人員一直想知道這種被稱為基底樣胰腺癌的致命疾病是如何發生的。現在，Maia-Silva和CSHL的同事們發現一種叫做MED12的蛋白質可能起著關鍵作用。雖然這一發現本身是值得注意的，但它也是建立在數十年的CSHL研究基礎上的。

25年前，CSHL教授Alea Mills發現一種名為p63的蛋白質對正常基底細胞(表皮下部的小細胞)的形成很重要。CSHL教授Christopher Vakoc后來的研究發現，這種蛋白質也可以導致胰腺癌變成基底樣。具體原因尚不清楚。Maia-Silva于2018年加入了Vakoc的實驗室，希望繼續這項研究。因為p63是出了名的難以用藥物靶向的，他想知道它可能與哪些其他分子一起作用以迷惑細胞。

他和同事們一起開發了一種方法來篩選基底樣癌細胞的整個基因組，并對哪些基因對維持它們的新身份最重要進行排序。在他所有的測試中，MED12都名列前茅。該基因包含制造MED12蛋白的指令，MED12蛋白是調節基因活性的復合體中約25個蛋白中的一個。前CSHL博士后Diogo Maia-Silva說：“這是非常出乎意料的，因為它是這個大綜合體的一部分，但[大多數]其他成員沒有出現。盡管MED12是細胞一般機制的一部分，但它有一些獨特的特性，這使得它對基礎生物學更重要。”

進一步的實驗表明，MED12和p63直接相互結合。這表明，每一種都可能需要將胰腺細胞變成基底樣。如果研究人員有一天能弄清楚如何阻止這種相互作用，他們就有可能阻止胰腺癌的發展。然而，Maia-Silva很快指出，這不是“一件容易做到的事情”。不過，“這還是令人興奮的，”他補充道。“找到這些關鍵的合作伙伴是阻斷這條道路的**步。”

這是一個新的開始，也是CSHL一系列發現中又一個令人興奮的結論。

蛋白質是生命組織正常工作的根本所在，而只有經正確折疊的蛋白才能實現其生物功能，否則不僅會造成蛋白功能的異常，更會導致細胞內蛋白的寡聚乃至沉淀，并最終引發多種嚴重的人類疾病。分子伴侶（Molecular Chaperone）是輔助蛋白正確折疊至適當構象的關鍵因子，對于維持細胞內蛋白質的健康穩態環境至關重要，因此近年來成為國際研究的熱點之一。然而，分子伴侶與底物分子發生相互作用時通常采用高度動態、瞬時、非特異性（promiscuous）的‘若即若離’相互作用模式。這種高度動態的分子間相互作用模式賦予了分子伴侶獨特的生物學功能，但也使相關研究面臨極大困難。

分子伴侶熱休克蛋白90（Hsp90）被認為是功能最為重要、機制最為復雜的分子伴侶，廣泛參與數百種蛋白質的折疊、活化或重組，幾乎涵蓋了所有基本的生物信號通路傳導，因此被稱為細胞內的“信號樞紐”。作為抗癌研究中的重要分子靶點，Hsp90的研究一直是國際科學界的熱點。然而，由于Hsp90本身的動態特性以及它與底物蛋白的動態相互作用模式，相關復合體的結構信息一直非常匱乏，阻礙了我們對其功能機制的深入了解。

課題組先對Hsp90與兩種固有無序蛋白底物的動態相互作用進行了詳盡研究，勾勒出了相互作用界面，并對其相互作用進行了定量表征。進一步研究發現，Hsp90通過其V字形雙臂同時捕捉底物蛋白的兩個疏水片段，整體的復合體構象展現出獨特的“二分式（bipartite）”結合模式，即每個單體分子捕獲底物的一個疏水結合區域。這種結合方式呈現出顯著的協同效應：“1+1 ? 2”，大大延長了底物分子在Hsp90表面停留的時間 。研究進一步指出，該結合模式在從原核生物到真核生物不同種屬的Hsp90中均高度保守。同時，核磁共振的動態學分析表明，底物蛋白在Hsp90的結合界面上仍保持高度的動態特性：每次被Hsp90捕捉后，它并沒有被牢牢束縛，而是在Hsp90表面“翩翩起舞”，嘗試多達10萬次的構象調整，直到最終以活化的構象被釋放出來。在此活化過程中，底物蛋白一直保持著無結構的松散狀態，這也解釋了為何Hsp90的數百種序列不同、結構迥異的底物都呈現出顯著的熱力學不穩定性。

本論文據此提出了分子伴侶Hsp90的工作機制，它猶如一個由ATP賦能的微型納米機械夾鉗，將ATP的化學能轉化為開合的機械動能，為底物蛋白的折疊及活化提供了必要的動態環境。該研究為進一步加深了人們對于Hsp90動態分子機制的理解，為以該分子伴侶為抗癌藥靶分子設計提供了新的思路。

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