分子內分子伴侶對蛋白質折疊的研究

王遠锏

摘? 要：分子內分子伴侶（IMC）是在蛋白前體肽鏈中具有分子伴侶功能的氨基酸序列，其正常的功能執行可以幫助蛋白質折疊成可執行自身正常功能的非最穩定狀態構象，包括在多種生物中大量存在的位于N端的IMC與主要存在于真核生物中位于C端的IMC兩種，分別負責輔助蛋白質亞基正確折疊與多個亞基組裝成完整蛋白。研究IMC自身的結構與性質對蛋白質折疊作用，對確定執行相應功能的氨基酸殘基、不同IMC作用機制與拓展傳統的體外蛋白質生產技術均有很大意義。

關鍵詞：分子內分子伴侶? 蛋白質折疊? 研究意義

中圖分類號：Q71 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）08（b）-0249-02

1? 分子內分子伴侶的介紹

分子內分子伴侶是一類輔助蛋白質折疊、伴隨蛋白質一同表達的特殊肽段，這并在蛋白質折疊完成后被降解。分子內分子伴侶協助的蛋白質折疊形成的構象處于一種非最穩定狀態。這種自帶分子內分子伴侶的蛋白質多肽鏈包括分子內伴侶區段與折疊形成功能蛋白的成熟肽段。前者一般位于多肽鏈的N端或C端，引導成熟肽段折疊成可執行自身功能的構象，而后自身被降解。分子內分子伴侶自身結構的變化對成熟肽的正常結構形成與正確生理功能表達均有影響，由于蛋白質高級結構錯誤，且分子內蛋白伴侶在完成其功能之后就被降解，無法通過一般手段尋找蛋白質生理功能無法正常表達的原因。

2? 分子內分子伴侶的種類

分子內分子伴侶包括兩類，即位于肽鏈N端的分子內分子伴侶與位于肽鏈C端分子內分子伴侶。

位于肽鏈N端分子內分子伴侶在許多生物體中幫助蛋白的成熟肽區段獲得自身功能正確執行的高級構像，僅對于單體蛋白發揮作用。枯草芽孢桿菌中有很多蛋白前體利用此手段進行正確構象的折疊。枯草芽孢桿菌納豆激酶是一種具有溶解血栓能力的生物藥物，根據Yan Jia[1]等的研究，這種蛋白的正確折疊需要第一類分子內分子伴侶的輔助，在該分子伴侶中存在Trp106與Gly102、Tyr104和Ser105，這4種氨基酸殘基輔助IMC結構域的Ala74、His72和Asp71形成氫鍵，進一步輔助枯草芽孢桿菌納豆激酶正確折疊，以執行正確功能，當Trp106被替換之后，兩個氫鍵無法形成，造成納豆激酶由于構象異常而對底物親和力下降。在產孢梭菌S40中存在一種與孢子萌發相關的孢子皮層裂解酶，這種酶可以降解孢子的特異性肽聚糖從而輔助孢子萌發，根據S. Okamura[2]的研究，其N端的分子內分子伴侶對其正確折疊與功能執行也發揮著作用。與前體蛋白具有同源性的分子伴侶在與前體蛋白共價結合后提高了前體蛋白的熱穩定性，同時賦予前體蛋白可以被GSP激活的能力，使前體蛋白C35轉化為活性的C31。在外陰弧菌種存在一種蛋白酶V. vulnificus protease （VVP），成熟的VVP包括兩個結構域組成，一個是具有蛋白水解活性的N端核心結構域，另一個是C端結構域介導與蛋白質底物的結合，其N端有一個前肽，分子量為45kDa，含413個氨基酸殘基，根據Tomoka Kawase[3]等人的研究，這個前肽一個可能作為分子內蛋白伴侶促進N端和C端區的正確折疊。

位于肽鏈C端分子內分子伴侶主要存在于真核生物中，主要負責幫助無功能蛋白亞基組裝形成有功能的多聚體蛋白質，數量相對較少。兔肌肉肌酸激酶（RMCK）使維持兔肌肉中高水平ATP的關鍵酶之一，該酶的C端有一個含有約250個殘基的片段，Zhe Chen[4]的研究中，將這個片段分離出來并在大腸桿菌中進行表達，發現該片段具有分子伴侶的活性并相互聚集實現RMCK的組裝。

3? 分子內分子伴侶的研究意義

分子內分子伴侶的研究意義包括以下幾個方面：根據已有文獻，分子內分子伴侶對各自成熟肽協助作用的分子機制存在著差異。根據Jia Y[5，6]的研究，在枯草芽孢桿菌中存在兩種subtilisin家族蛋白：subtilisin E與NK，兩者的分子內分子伴侶均位于N端，且高度保守，均包含一個Ile30殘基且對于二者的折疊有不同的影響，因此，研究同一家族分子內分子伴侶對不同蛋白質的折疊作用與分子機制，確定上引導蛋白前體折疊成熟的氨基酸殘基類型，均具有很重要的理論意義。

分子內分子伴侶對于體外蛋白質合成也具有重要意義，目前在使用重組細菌生產的蛋白質由于缺少正確的折疊構象導致沒有正常的生理活性。在Yan Jia的研究中就使用了含有分子內分子伴侶的編碼序列的表達納豆激酶的pET-26b（+）重組質粒導入大腸桿菌中，表達出了正確折疊的納豆激酶，在編碼蛋白的基因片段前連接分子內分子伴侶的編碼序列，可以使重組細菌表達出正常折疊的蛋白，且分子內分子伴侶在完成自身功能后發生降解，不會影響蛋白本身功能與性質，提高重組細菌在蛋白生產上的應用。

參考文獻

[1] Jia Yan，Liu Hui，Bao Wei，et al. Functional analysis of propeptide as an intramolecular chaperone for in vivo folding of subtilisin nattokinase[J].FEBS Letters，2010，584（23）：4789-4796.

[2] Okamura S，Urakami K，Kimata M，et al. The N-terminal prepeptide is required for the production of spore cortex-lytic enzyme from its inactive precursor during germination of Clostridium perfringens S40 spores[J].Molecular Microbiology，2000，37（4）：821-827.

[3] Tomoka Kawase，Fumi Miura，Anusuya Debnath，et al. Functional analysis of N-terminal propeptide in the precursor of Vibrio vulnificus metalloprotease by using cell-free translational system[J]. Protein Expression and Purification，2018（149）：13-16.

[4] Zhe Chen，Xiang-Jun Chen，Mengdie Xia，et al. Chaperone-Like Effect of the Linker on the Isolated C-Terminal Domain of Rabbit Muscle Creatine Kinase[J]. Biophysical Journal，2012，103（3）：558-566.

[5] Jia Y， Liu H， Zou G， et al. Functional analysis of propeptide as an intramolecular chaperone for in vivo folding of subtilisin nattokinase[J].FEBS Letters，2010， 584（23）：4789-4796.

[6] Jia Y， Cao X， Zou G， et al. Four residues of propeptide are essential for precursor folding of nattokinase[J].Acta Biochimica et Biophysica Sinica，2014，46（11）：957-964.