编辑推荐：
研究人员为解释拉伸指数蛋白折叠动力学的结构起源，以 PGK 为研究对象，发现其源于蛋白错折叠状态的缠结变化，为理解蛋白质折叠提供新视角。
在蛋白质的微观世界里，折叠过程就像一场神秘的舞蹈，每一个动作都关乎着生命的奥秘。蛋白质折叠的研究对于理解生命的基本过程至关重要，然而，目前科学家们对蛋白质折叠的理解还存在许多空白。对于一些不遵循简单两态折叠模式的蛋白质，它们的 “拉伸指数” 折叠动力学让研究人员十分困惑。虽然这种动力学的热力学和动力学起源已被了解，但结构起源却一直是个谜。就像在黑暗中摸索，研究人员迫切需要找到照亮这个谜团的那束光。
为了解开这个谜题，来自国外的研究人员开展了一项针对蛋白质磷酸甘油酸激酶（PGK）的深入研究。这项研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为我们理解蛋白质折叠的奥秘打开了新的大门。
研究人员采用了多种技术方法。他们运用分子动力学模拟，通过温度淬灭模拟蛋白质的展开和重折叠过程；利用有限蛋白水解质谱（LiP-MS）和交联质谱（XL-MS）实验，分析重折叠过程中蛋白质的结构变化；借助 Markov 状态建模，识别蛋白质重折叠轨迹中的亚稳状态 。
研究结果如下：
- 模拟结果显示拉伸指数行为：研究人员通过计算酵母（S. cerevisiae）PGK 重折叠过程中的荧光共振能量转移（FRET）效率时间进程，发现模拟模型呈现出拉伸指数折叠行为，β 值为 0.64，与体外实验值相似。同样，大肠杆菌（E. coli）PGK 的模拟重折叠也表现出拉伸指数行为，β 值为 0.62 。这表明模拟模型能够成功再现实验中观察到的拉伸指数行为。
- 错折叠缠结状态导致拉伸指数行为：研究人员利用 Q 和 G 序参量来表征蛋白质的折叠状态，发现模拟中存在多种错折叠状态，这些状态的缠结发生了变化。当去除这些错折叠缠结状态的模拟轨迹后，PGK 的重折叠动力学转变为两态行为。这说明错折叠缠结状态是导致拉伸指数重折叠动力学的原因 。
- 实验表明存在长寿命错折叠亚群：通过 LiP-MS 和 XL-MS 实验，研究人员发现 PGK 在重折叠 1 小时后，存在长寿命的可溶性错折叠状态。LiP-MS 识别出 42 个显著变化的蛋白水解酶 K（PK）切割位点，XL-MS 鉴定出 16 个独特的残基对，这些残基对的交联发生了显著变化 。
- 近天然错折叠状态是长寿命状态：Markov 状态建模显示，一些近天然且缠结发生变化的状态，如 S7、S8 和 S9，具有较高的 Q 值，表明它们大部分天然结构已形成，有可能成为长寿命的动力学陷阱。计算这些状态回到天然状态的平均首次通过时间（MFPT）发现，近天然缠结状态的 MFPT 比非缠结状态长 25 - 100 倍 。
- 亚稳状态与实验数据一致：研究人员发现，长寿命亚稳状态 S7、S8 和 S9 的结构变化与 LiP-MS 和 XL-MS 数据一致。在 42 个 LiP-MS 观察到的 PK 切割位点中，28 个与这些亚稳状态的结构变化相符；在 16 个 XL-MS 观察到的交联对中，12 个与亚稳状态的结构变化一致 。
- 代表性结构与实验数据相符：通过多步筛选过程，研究人员确定了与结构质谱数据最大程度一致的代表性模拟结构。以 S7 状态的代表性结构为例，它有 22 个与实验信号一致的特征，包含多种缠结变化，如非天然缠结的增加、天然缠结的丢失等，这些变化导致了结构的改变，与质谱测量的变化相符 。
研究结论和讨论部分指出，PGK 的拉伸指数折叠动力学源于多种错折叠状态的缠结变化，这些错折叠状态形成了动力学陷阱，导致折叠速率变慢。这种结构异质性产生了不同的折叠时间尺度，从而出现拉伸指数动力学。此外，这种错折叠现象在蛋白质组中可能广泛存在，约三分之一的大肠杆菌胞质蛋白质组在重折叠或共翻译折叠过程中可能出现类似的缠结动力学陷阱。该研究为理解蛋白质折叠提供了新的视角，有助于进一步探索蛋白质折叠的机制，也为相关疾病的研究和治疗提供了潜在的理论基础。
总的来说，这项研究成果在蛋白质折叠领域取得了重要突破，为后续的研究指明了方向，让我们对蛋白质的折叠过程有了更深入的认识。
