天然無序蛋白質（IDP）是一類生物體内廣泛存在的沒有固定結構的蛋白質，在基因轉錄調控等生物學過程中發揮重要作用，是潛在的藥物靶标。然而，IDP高度動态的結構給研究相關的分子識别過程和藥物設計帶來了很大的困難。近日，beat365官方网站郭雪峰課題組與來魯華課題組開展合作，采用基于矽納米線場效應晶體管（SiNW-FET）的單分子生物傳感器，成功實現了對天然無序蛋白c-Myc的單分子構象動力學的無标記、實時動态監測（圖1）。這項研究成果為深入理解天然無序蛋白的特性及其與其他分子間相互作用的動态過程提供了新的研究手段。

　　圖1. 單分子器件的結構示意圖以及無序蛋白動态過程的電學實時監測 

　　通過實時監測原位電學信号，研究團隊成功捕獲了自由态c-Myc蛋白的折疊與去折疊過程中不同動力學行為的構象系綜，并檢測到c-Myc與Max的結合全過程。該過程包括複雜的構象變化、相對穩定的相遇中間體構象系綜（圖2）以及穩定的全折疊複合體的形成。c-Myc是重要的抗癌藥物設計靶标，其動态結構給相應的藥物設計及結合化合物表征帶來很大困難。研究團隊發現小分子抑制劑的加入可以誘導c-Myc的構象系綜發生改變，通過對濃度依賴單分子實驗中大量結合與解離數據進行統計分析所得出的解離常數與傳統系綜實驗結果高度一緻，并且捕獲到了小分子與c-Myc的相遇中間體構象系綜。進一步研究了小分子抑制劑與Max競争結合c-Myc的動态過程，發現了不同的相遇中間體系綜。該研究結果表明SiNW-FET 可以在單分子水平上高時間分辨率地探測IDP結構的動态變化，克服了傳統系綜實驗中難以表征無序蛋白單分子動力學性質的難題。相關研究将有助于深入了解IDP的動态構象變化及分子識别機制，為靶向IDP的理性藥物設計提供全新的視角和可能性。

　　圖2. Myc-Max相互作用過程的單分子電學實時監測

　　綜合之前的研究成果表明，SiNW-FET單分子平台可以廣泛應用于各種單分子分辨率的無标記生物檢測，例如生物反應機制，蛋白質折疊，靶向治療，藥物發現，酶活性和單分子測序等。除此之外，該單分子電學檢測平台與當前CMOS技術的兼容性和可靠性，為實際生物醫學應用，如精确的分子識别、即時臨床診斷以及開發低成本的多通道電子設備提供了技術前景。

　　該工作于2023年8月25日以“Visualizing single-molecule conformational transition and binding dynamics of intrinsically disordered proteins”為題在線發表在Nature Communications（ Nat. Commun. 2023, 14 , 5203. DOI: 10.1038/s41467-023-41018-x）期刊上。

　　beat365官方网站2017級畢業生劉文哲博士（郭雪峰課題組）和北大-清華生命科學聯合中心2017級畢業生陳麗敏博士（來魯華課題組）為本文的共同第一作者。郭雪峰教授、來魯華教授以及孫琦副研究員為本文的共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金委、科技部、北京分子科學國家研究中心和北大-清華生命科學聯合中心的資助。

　　原文鍊接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-41018-x

圖文：郭雪峰課題組
排版：高楊
審核：李玲，彭海琳