PNAS：新探针量化细胞内折叠和错误折叠蛋白水平

　　美国Scripps研究所（TSRI）的科学家发明了一种小分子折叠探针，可在不同条件下量化细胞内正常折叠的功能性蛋白，以及疾病相关的错误折叠目的蛋白。

　　科学家们长期以来都需要更好的工具在细胞内进行这种测量，因为蛋白质错误折叠是组织损伤的一个主要原因。以过多蛋白错误折叠为特征的疾病，折磨着全球数以百万计的人，包括阿尔茨海默氏病和帕金森氏病、全身性淀粉样变性和朊病毒（疯牛型）感染，以及常见的酶缺陷。

　　TSRI分子和实验医学系主任Jeffery W. Kelly指出：“这种新型探针技术，可让我们对于‘细胞内易发生错误折叠的蛋白质是如何折叠的’有一个更好的理解。利用简单的荧光技术对细胞内蛋白折叠进行量化的能力，将会加快新疗法的发展。”

　　Kelly指导了这项研究，相关结果在本周的《PNAS》杂志在线发表。

　　深远的影响

　　一直以来，研究人员都不容易将错误折叠的蛋白质与正常折叠的蛋白质区别开来，尤其是 在细胞内，因为这两者具有相同的氨基酸序列。然而，正常折叠形状的丢失可能会产生深远的影响——细胞内一个错误折叠的蛋白质通常将失去它的功能。更糟的 是，错误折叠可能会使以前隐藏的、“粘性的”蛋白质部分显露出来，从而使其相互之间聚集在一起，引起组织不易再生的功能障碍。

　　功能缺失和毒性功能获得突变都会导致疾病，往往会缩短寿命。提高细胞内的折叠系统或蛋白内稳态网络（protein homeostasis network）的容量，可以阻止或消除蛋白质错误折叠。这些新的探针可让科学家们对“如何通过改变蛋白质内稳态网络来提高特定蛋白质的折叠”进行量化。

　　在这项新研究中，研究人员旨在有选择性地仅标记目的蛋白的折叠构象和功能构象。在一个案例中，科学家们为了证明原理，使用了一种模型蛋白 retroaldolase，是由华盛顿大学David Baker实验室的合作者们制备的一种设计酶。研究小组也使用了甲状腺素运载蛋白（TTR），这种蛋白的错误折叠和聚集已知能导致几种致命的疾病，包括心 肌病和多神经病。最近，Kelly实验室帮忙开发了TTR多神经病的第一种特定药物疗法。

　　本文的共同第一作者——研究生Yu Liu、Yun Lei Tan和研究员Xin Zhang，通过设计和制备“折叠探针”（这种探针共价地标注正确折叠的蛋白质功能形式，而不是错误折叠形式），完成了标记反应。当研究人员将探针分子溶 液添加到包含靶蛋白的细胞可溶物时，他们能够根据探针的荧光信号发出的光，对折叠的靶蛋白进行量化。

　　为了更好地筛选新药

　　以前，TSRI的Cravatt实验室曾经设计过能够同折叠的功能性蛋白家族共价起 反应的探针。然而，这些探针作为折叠探针的有效性，曾经受到科学界的质疑，因为折叠探针与靶向的、折叠的、功能性目的蛋白反应的行为，会稳固那种状态，并 且通常会增加折叠的功能性蛋白部分数量，从而会使其比例过高。然而，在这项新研究中，研究人员利用折叠探针与细胞裂解和ATP消耗相结合，可使细胞内的分 子伴侣紧密结合未折叠的蛋白质组——阻止其折叠，从而提供了折叠的目的蛋白数量的信息，同时通过标记过程将这种状态的过高比例减到最小。

　　这种新探针的一个最重要的应用是快速、“高通量” 的大药物化合物库筛选，以发现通过提高细胞折叠质量阻止蛋白错误折叠的候选药物。

　　Zhang和Kelly构思和设计了这项研究，他们表示：“利用这些探针对功能性、折叠的目的蛋白进行量化，我们可以筛选提高此浓度的化合物。”

　　在该项研究中，研究人员将探针的荧光信号设计成不总是亮着，但是当它同目的折叠蛋白起反应时则会打开，从而清除了在高通量筛选中使用探针的 另一种障碍。Zhang解释道：“荧光信号会快速地向你显示，折叠的功能性蛋白在细胞裂解时的浓度。没有必要花费时间去除不结合到靶标的荧光探针，或分离 探针与目标蛋白的结合。”

　　有一天，我们或许可以用诱导特定蛋白错误折叠的药物（通过修改蛋白内稳态的细胞生物学），来阻止或延迟年龄相关的神经退行性疾病，如阿尔茨海默氏病 和帕金森氏病，并且治疗遗传性酶缺陷疾病。研究人员认为，考虑到细胞内错误折叠蛋白质的超大数量，以及错误折叠蛋白造成伤害的所有方式，抗错折叠药物可能具有更广泛的应用。