分子伴侣Sgt1通过调控Hsp90-client复合物滞留时间增强客户蛋白成熟效率的机制研究

《Molecular Cell》：The essential co-chaperone Sgt1 regulates client dwell time in the Hsp90 chaperone cycle

本刊推荐：研究人员针对酵母中唯一功能未知的必需共伴侣Sgt1展开研究，通过结构生物学与生物化学手段解析了Sgt1与Hsp90的相互作用模式，发现其SGS结构域可直接结合客户蛋白，形成三元复合物稳定Hsp90-client相互作用，并揭示其通过竞争性抑制Aha1介导的客户解离来延长客户在Hsp90循环中的滞留时间，为理解Hsp90调控网络提供了新范式。

　　

在真核细胞中，蛋白质的正确折叠与稳态维持依赖于复杂的分子伴侣网络，其中热休克蛋白90（Hsp90）作为关键调控者，通过ATP依赖的构象变化协助大量"客户蛋白"（如激酶、转录因子等）完成成熟过程。Hsp90的功能受到众多共伴侣蛋白的精细调控，这些辅助因子通过不同机制影响Hsp90的ATP酶活性和客户蛋白处理效率。在酿酒酵母中，大多数共伴侣的缺失并不影响细胞存活，但Sgt1（Suppressor of G2 allele of Skp1）是三个必需共伴侣中唯一机制不明的成员。尽管前期研究提示Sgt1可能通过TPR结构域与Skp1相互作用参与SCF泛素连接酶通路，但其在Hsp90循环中的具体功能及其必需性结构基础始终成谜。

为解决这一科学问题，Engler等人在《Molecular Cell》发表的研究中，通过整合体内外实验手段，系统阐明了Sgt1的结构功能关系及其在Hsp90调控网络中的新机制。研究人员发现Sgt1的SGS结构域是其执行必需功能的核心元件，该结构域通过动态螺旋区域直接结合客户蛋白，同时其CS结构域以新颖方式结合Hsp90中间结构域，形成三元复合物稳定客户蛋白与Hsp90的相互作用。尤为重要的是，Sgt1可通过空间竞争抑制共伴侣Aha1对Hsp90的结合，从而阻止Aha1介导的客户蛋白提前解离，有效延长客户在Hsp90循环中的滞留时间，显著提升成熟效率。

本研究主要采用酵母遗传学操作（包括温度敏感株表型分析、质粒替换实验）、生物物理技术（分析超速离心AUC、等温滴定微量热ITC）、结构生物学方法（X射线晶体学、核磁共振NMR）以及生物化学分析（ATP酶活性测定、荧光偏振客户成熟评估）等多学科交叉手段。其中核磁共振动力学分析揭示了SGS结构域的构象异质性，而晶体学解析则首次展现了Sgt1-CS与Hsp90-MD的相互作用界面。

SGS结构域是Sgt1执行必需功能的核心

通过质粒替换实验发现，仅表达SGS结构域即可恢复sgt1△菌株的生长能力，而TPR或CS结构域单独表达则无法挽救致死表型。核磁共振分析显示SGS含有两个螺旋区域（α1：339-348；α2：352-364），但整体呈现动态构象 ensemble。定点突变证实第二个螺旋（M358P）及其后8个氨基酸（372位截断）对Sgt1功能至关重要，该区域的稳定性直接关联其客户蛋白监护功能。

Sgt1通过CS结构域结合Hsp90中间结构域

不同于传统认知，Sgt1的TPR结构域不结合Hsp90的MEEVD motif。晶体结构解析发现Sgt1-CS以β-三明治边缘结合Hsp90-MD的α2螺旋顶端，与人类NudC共享结合界面但取向相反。核磁滴定实验进一步验证在全长Hsp90中，Sgt1可同时结合NTD和MD两个位点，其中MD结合亲和力显著高于NTD。

Sgt1与客户蛋白及Hsp90形成三元复合物

核磁共振与AUC实验证实Sgt1-SGS直接结合糖皮质激素受体配体结合域（GR-LBD），而全长Sgt1可与Hsp90、GR-LBD形成9S三元复合物。荧光偏振实验显示Sgt1与Hsp90协同将GR-LBD的激素结合能力提升60%，表明其通过稳定Hsp90-client相互作用促进客户成熟。

Sgt1通过竞争Aha1延长客户滞留时间

AUC竞争实验发现Sgt1与Aha1相互排斥，结构叠加显示两者在Hsp90-MD结合位点存在空间冲突。在客户蛋白存在时，Sgt1能有效抑制Aha1引起的GR-LBD从Hsp90上解离（降低30%），并减弱Aha1对Hsp90 ATP酶活性的激活效应。TPR-CS截短体虽保留部分抑制能力，但全长Sgt1与客户蛋白的协同保护作用更为显著。

本研究首次揭示了Sgt1作为Hsp90客户蛋白"滞留时间调控器"的核心功能。其通过独特的双结构域分工模式：CS结构域锚定Hsp90-MD，SGS结构域捕获客户蛋白，形成稳定的三元复合物抵御Aha1的干扰，从而延长客户蛋白在Hsp90上的加工时间。这一机制突破了传统共伴侣仅调控Hsp90ATP酶活性或客户转移的单一维度，提出了"客户滞留时间"作为影响成熟效率的关键参数的新概念。该研究不仅解答了酵母必需基因Sgt1的长期谜题，更为理解Hsp90调控网络的动态平衡提供了新视角，对探讨相关疾病中蛋白质折叠失调机制具有重要启示意义。