鈣調蛋白多特異性識別的分子機制研究獲進展

科學院長春應用化學研究所電分析化學國家重點實驗室研究員汪勁和吉林大學物理學院博士研究所劉飛，通過分子動力學模擬的方法，提出了鈣調蛋白與其靶標在生物分子識別過程中混合的能量地貌景觀和機制，並揭示了這種混合機制和鈣調蛋白與多種靶標多特異性結合的重要聯繫。該成果在《美國國家科學院院刊》（PNAS, 114, E3927–E3934, 2017)上發表。

鈣調蛋白是一種信號蛋白，它能與300多種靶標結合併把鈣離子信號傳遞到各種生物過程，從而實現基因調控、細胞骨架組織、肌肉收縮、信號轉導、代謝調控等多種功能。探索鈣調蛋白與多種靶標的多特異性識別的分子機制對理解這些生物過程至關重要。

汪勁課題組通過構建介觀構象轉變模型，用分子動力學的方法研究了同時涉及的鈣調蛋白質局部構象變化和結合靶標全局構象變化的結合過程。對於鈣調蛋白和結合靶標的識別過程，他們發現了非典型「誘導擬合」、非典型「構象選擇」和「同時結合摺疊」的混合能量地貌景觀，並揭示了這種混合機制和鈣調蛋白與多種靶標多特異性結合的重要聯繫。進一步研究發現，這種複雜機制是由於分子間各種潛在相互作用和生物分子柔性的協調作用所決定。鈣調蛋白經過生物進化而來的天然結構和其靶標特殊的天然結構，會導致其結合過程選擇各種不同但最優的結合方案，最終導致了高親和力和特異性，這無疑使生物分子間多特異性結合的概率大大增加。

這項研究為蛋白質與蛋白質多特異性結合這一課題提供了一個全局的量化的物理機制，豐富了人們對生物分子相互識別作用的認識。

非典型「誘導擬合」、非典型「構象選擇」和「同時結合摺疊」的混合的能量地貌