Nature：新方法可以大规模评估蛋白折叠稳定性

一些人可能对折纸术并不陌生，在折纸术中，纸张被复杂地折叠成各种形状。但人们是否知道，人体内的蛋白也会经历一个复杂的折叠过程，这对它们的结构和功能至关重要？

在一项新的研究中，来自美国西北大学和日本东京大学工业科学研究所的研究人员对蛋白折叠的稳定性---蛋白保持折叠形状的倾向---有了新的认识，其中蛋白折叠稳定性是癌症、阿尔茨海默病和囊性纤维化等疾病的核心因素。他们开发出一种新的高通量方法，即 cDNA 展示蛋白水解（cDNA display proteolysis），可在一次实验中评估近百万个蛋白的折叠稳定性。相关研究结果于2023年7月19日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Mega-scale experimental analysis of protein folding stability in biology and design”。

蛋白最初是由单个氨基酸链生成的，然后折叠成三维形状。如果不能正确折叠或保持这种三维结构，就会破坏蛋白的功能并导致疾病。

因此，了解蛋白折叠稳定性是如何维持的，将为研究涉及错误折叠蛋白的疾病提供新的思路。然而，以前很难以高效和大规模的方式评估蛋白折叠稳定性。因此，这些作者试图开发一种平台，以可重复、高通量的方式评估蛋白折叠稳定性。

论文第一作者Kotaro Tsuboyama说，“我们首先采用了一种将蛋白附着在它们自己的 DNA 上的技术。 我们利用 DNA 文库生成了大量这种蛋白-DNA 复合物，并用破坏未折叠蛋白的酶对它们进行处理。在酶处理过程中，能够保持其折叠结构的完整蛋白随后通过DNA测序被鉴定出来。”

图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06328-6。

这种方法使得这些作者能够评估单个试管中多达 90 万个蛋白序列的稳定性。为了研究蛋白序列中的单个序列元件如何影响折叠稳定性，他们使用这种方法分析了一系列天然和人工设计的蛋白结构域。

论文通讯作者、西北大学的Gabriel J. Rocklin说，“我们能够确定一些有助于提高蛋白稳定性的因素。我们还利用我们的方法分析了蛋白序列中特定突变的影响，并确定了人工设计蛋白的稳定性的决定因素，从而提供了有助于推进未来蛋白设计方法的新见解。”

以前评估蛋白稳定性的方法仅限于评估单个蛋白序列，而这种cDNA展示蛋白水解允许在一次实验中评估许多个蛋白，提供了前所未有的大量有关蛋白稳定性的信息。这种方法可以推动蛋白折叠新预测模型的开发，从而进一步加深我们对涉及蛋白错误折叠的疾病的了解。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Kotaro Tsuboyama et al. Mega-scale experimental analysis of protein folding stability in biology and design. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06328-6.