开发系统以研究无固定结构的蛋白质

内在无序蛋白质（IDPs）可以根据其外部环境动态改变其构象，因此能够与不同的化合物结合。然而，它们难以分析。现在，东京工业大学的研究人员通过一种新型流程解决了这个问题，该流程通过无细胞蛋白质结晶技术实现了对IDPs的快速晶体结构分析。

许多人更容易将蛋白质视为某种刚性的“分子机器”，每种蛋白质都具有明确的结构，使其能够执行或辅助其功能。然而，许多重要的蛋白质并不具备这样的固定三维结构。相反，这些所谓的内在无序蛋白质（IDPs）可以根据其外部环境采用各种不同的构象。IDPs的这种固有灵活性使它们具有多功能性，并且通常能够与许多不同的化合物结合。

与其他类型的蛋白质相比，IDPs的分析可能相当困难。为了了解IDP的生物学功能，识别能够在原子水平上稳定其亚区域的因素（或决定因素）是很有用的。实现这一目标的一个主要方法是通过将目标IDP固定在蛋白质晶体支架上从而使其固定，这样就可以使用蛋白质晶体学技术。然而，目前可用的实现这一目标的方法相当缓慢且使用不便。

在此背景下，由日本东京工业大学生命科学与技术学院和国际研究前沿计划（IRFI）的Takafumi Ueno教授领导的一组研究人员着手建立一种更可靠且多用途的方法。在他们最新发表于《美国国家科学院院刊》的研究中，他们报告了一种用于IDPs快速晶体结构分析的创新流程的开发。

该流程的一个亮点是它使用了无细胞蛋白质结晶（CFPC）方法来使所需的IDP与支架晶体结合。为了说明该流程的使用，研究人员将重点放在了c-Myc的一个片段上，c-Myc是一种来自调节细胞周期进展、细胞凋亡和其他细胞功能的基因家族的IDP。

研究人员使用Foldit（一种蛋白质结构预测软件），设计了一种昆虫细胞衍生的多面体晶体（PhC）作为支架，c-Myc片段将结合在该支架上。为了加快PhC与c-Myc片段之间的交叉结晶，研究人员准备了c-Myc融合PhC单体mRNA，并将其与包含细胞提取物和PhC构建单元的系统混合。由于细胞提取物含有转录mRNA所需的必要细胞机制，因此该系统可以在不依赖活细胞的情况下产生大量c-Myc融合PhC，从而大大加速了IDP的稳定化并简化了其后续提取以供分析。

在结晶的c-Myc片段被分析后，研究人员使用分子动力学模拟在c-Myc基因中战略性地引入突变，然后重复上述步骤。通过比较修饰后的片段与PhC支架的结合情况以及形成的结构，研究团队可以确定最终控制c-Myc稳定性的关键残基。“这些发现凸显了我们CFPC筛选方法作为一种有价值工具的强大功能，它可用于确定具有挑战性的目标蛋白质的结构，并阐明控制其稳定性的基本分子相互作用，”Ueno说道。

所提出的策略在生物分子结合研究中可能非常有用，这是医学和细胞生物学等领域的一个基础方面。“我们的筛选系统将应用于尚未确定结合伙伴的目标IDP，并设计新的结合分子，如抑制剂，”Ueno强调说。“此外，对晶体结构的快速筛选使我们能够构建蛋白质晶体设计库，从而加速IDP折叠机制的阐明。”

如果一切顺利，这些努力将有助于增进我们对蛋白质的理解，为新型药物和生物分析技术铺平道路。