美國Scripps研究所（TSRI）的科學家發(fā)明了一種小分子折疊探針，可在不同條件下量化細胞內正常折疊的功能性蛋白，以及疾病相關的錯誤折疊目的蛋白。

科學家們長期以來都需要更好的工具在細胞內進行這種測量，因為蛋白質錯誤折疊是組織損傷的一個主要原因。以過多蛋白錯誤折疊為特征的疾病，折磨著全球數(shù)以百萬計的人，包括阿爾茨海默氏病和帕金森氏病、全身性淀粉樣變性和朊病毒（瘋牛型）感染，以及常見的酶缺陷。

TSRI分子和實驗醫(yī)學系主任Jeffery W. Kelly指出：“這種新型探針技術，可讓我們對于‘細胞內易發(fā)生錯誤折疊的蛋白質是如何折疊的’有一個更好的理解。利用簡單的熒光技術對細胞內蛋白折疊進行量化的能力，將會加快新療法的發(fā)展。”

Kelly指導了這項研究，相關結果在本周的《PNAS》雜志在線發(fā)表。

深遠的影響

一直以來，研究人員都不容易將錯誤折疊的蛋白質與正常折疊的蛋白質區(qū)別開來，尤其是在細胞內，因為這兩者具有相同的氨基酸序列。然而，正常折疊形狀的丟失可能會產生深遠的影響——細胞內一個錯誤折疊的蛋白質通常將失去它的功能。更糟的是，錯誤折疊可能會使以前隱藏的、“粘性的”蛋白質部分顯露出來，從而使其相互之間聚集在一起，引起組織不易再生的功能障礙。

功能缺失和毒性功能獲得突變都會導致疾病，往往會縮短壽命。提高細胞內的折疊系統(tǒng)或蛋白內穩(wěn)態(tài)網絡（protein homeostasis network）的容量，可以阻止或消除蛋白質錯誤折疊。這些新的探針可讓科學家們對“如何通過改變蛋白質內穩(wěn)態(tài)網絡來提高特定蛋白質的折疊”進行量化。

在這項新研究中，研究人員旨在有選擇性地僅標記目的蛋白的折疊構象和功能構象。在一個案例中，科學家們?yōu)榱俗C明原理，使用了一種模型蛋白retroaldolase，是由華盛頓大學David Baker實驗室的合作者們制備的一種設計酶。研究小組也使用了甲狀腺素運載蛋白（TTR），這種蛋白的錯誤折疊和聚集已知能導致幾種致命的疾病，包括心肌病和多神經病。最近，Kelly實驗室?guī)兔﹂_發(fā)了TTR多神經病的第一種特定藥物療法。

本文的共同第一作者——研究生Yu Liu、Yun Lei Tan和研究員Xin Zhang，通過設計和制備“折疊探針”（這種探針共價地標注正確折疊的蛋白質功能形式，而不是錯誤折疊形式），完成了標記反應。當研究人員將探針分子溶液添加到包含靶蛋白的細胞可溶物時，他們能夠根據(jù)探針的熒光信號發(fā)出的光，對折疊的靶蛋白進行量化。

為了更好地篩選新藥

以前，TSRI的Cravatt實驗室曾經設計過能夠同折疊的功能性蛋白家族共價起反應的探針。然而，這些探針作為折疊探針的有效性，曾經受到科學界的質疑，因為折疊探針與靶向的、折疊的、功能性目的蛋白反應的行為，會穩(wěn)固那種狀態(tài)，并且通常會增加折疊的功能性蛋白部分數(shù)量，從而會使其比例過高。然而，在這項新研究中，研究人員利用折疊探針與細胞裂解和ATP消耗相結合，可使細胞內的分子伴侶緊密結合未折疊的蛋白質組——阻止其折疊，從而提供了折疊的目的蛋白數(shù)量的信息，同時通過標記過程將這種狀態(tài)的過高比例減到最小。

這種新探針的一個最重要的應用是快速、“高通量” 的大藥物化合物庫篩選，以發(fā)現(xiàn)通過提高細胞折疊質量阻止蛋白錯誤折疊的候選藥物。

Zhang和Kelly構思和設計了這項研究，他們表示：“利用這些探針對功能性、折疊的目的蛋白進行量化，我們可以篩選提高此濃度的化合物。”

在該項研究中，研究人員將探針的熒光信號設計成不總是亮著，但是當它同目的折疊蛋白起反應時則會打開，從而清除了在高通量篩選中使用探針的另一種障礙。Zhang解釋道：“熒光信號會快速地向你顯示，折疊的功能性蛋白在細胞裂解時的濃度。沒有必要花費時間去除不結合到靶標的熒光探針，或分離探針與目標蛋白的結合。”

有一天，我們或許可以用誘導特定蛋白錯誤折疊的藥物（通過修改蛋白內穩(wěn)態(tài)的細胞生物學），來阻止或延遲年齡相關的神經退行性疾病，如阿爾茨海默氏病和帕金森氏病，并且治療遺傳性酶缺陷疾病。研究人員認為，考慮到細胞內錯誤折疊蛋白質的超大數(shù)量，以及錯誤折疊蛋白造成傷害的所有方式，抗錯折疊藥物可能具有更廣泛的應用。