圖1. 單分子器件的結(jié)構(gòu)示意圖以及無(wú)序蛋白動(dòng)態(tài)過(guò)程的電學(xué)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)原位電學(xué)信號(hào)，研究團(tuán)隊(duì)成功捕獲了自由態(tài)c-Myc蛋白的折疊與去折疊過(guò)程中不同動(dòng)力學(xué)行為的構(gòu)象系綜，并檢測(cè)到c-Myc與Max的結(jié)合全過(guò)程。該過(guò)程包括復(fù)雜的構(gòu)象變化、相對(duì)穩(wěn)定的相遇中間體構(gòu)象系綜（圖2）以及穩(wěn)定的全折疊復(fù)合體的形成。c-Myc是重要的抗癌藥物設(shè)計(jì)靶標(biāo)，其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)給相應(yīng)的藥物設(shè)計(jì)及結(jié)合化合物表征帶來(lái)很大困難。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)小分子抑制劑的加入可以誘導(dǎo)c-Myc的構(gòu)象系綜發(fā)生改變，通過(guò)對(duì)濃度依賴(lài)單分子實(shí)驗(yàn)中大量結(jié)合與解離數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析所得出的解離常數(shù)與傳統(tǒng)系綜實(shí)驗(yàn)結(jié)果高度一致，并且捕獲到了小分子與c-Myc的相遇中間體構(gòu)象系綜。進(jìn)一步研究了小分子抑制劑與Max競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合c-Myc的動(dòng)態(tài)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)了不同的相遇中間體系綜。該研究結(jié)果表明SiNW-FET 可以在單分子水平上高時(shí)間分辨率地探測(cè)IDP結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，克服了傳統(tǒng)系綜實(shí)驗(yàn)中難以表征無(wú)序蛋白單分子動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的難題。相關(guān)研究將有助于深入了解IDP的動(dòng)態(tài)構(gòu)象變化及分子識(shí)別機(jī)制，為靶向IDP的理性藥物設(shè)計(jì)提供全新的視角和可能性。
圖2. Myc-Max相互作用過(guò)程的單分子電學(xué)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
綜合之前的研究成果表明，SiNW-FET單分子平臺(tái)可以廣泛應(yīng)用于各種單分子分辨率的無(wú)標(biāo)記生物檢測(cè)，例如生物反應(yīng)機(jī)制，蛋白質(zhì)折疊，靶向治療，藥物發(fā)現(xiàn)，酶活性和單分子測(cè)序等。除此之外，該單分子電學(xué)檢測(cè)平臺(tái)與當(dāng)前CMOS技術(shù)的兼容性和可靠性，為實(shí)際生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如精確的分子識(shí)別、即時(shí)臨床診斷以及開(kāi)發(fā)低成本的多通道電子設(shè)備提供了技術(shù)前景。該工作于2023年8月25日以“Visualizing single-molecule conformational transition and binding dynamics of intrinsically disordered proteins”為題在線發(fā)表在Nature Communications（ Nat. Commun. 2023, 14 , 5203. DOI: 10.1038/s41467-023-41018-x）期刊上。北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院2017級(jí)畢業(yè)生劉文哲博士（郭雪峰課題組）和北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心2017級(jí)畢業(yè)生陳麗敏博士（來(lái)魯華課題組）為本文的共同第一作者。郭雪峰教授、來(lái)魯華教授以及孫琦副研究員為本文的共同通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、北京分子科學(xué)國(guó)家研究中心和北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-41018-x
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