圖1. 單分子器件的結(jié)構(gòu)示意圖以及無序蛋白動態(tài)過程的電學(xué)實時監(jiān)測
通過實時監(jiān)測原位電學(xué)信號，研究團隊成功捕獲了自由態(tài)c-Myc蛋白的折疊與去折疊過程中不同動力學(xué)行為的構(gòu)象系綜，并檢測到c-Myc與Max的結(jié)合全過程。該過程包括復(fù)雜的構(gòu)象變化、相對穩(wěn)定的相遇中間體構(gòu)象系綜（圖2）以及穩(wěn)定的全折疊復(fù)合體的形成。c-Myc是重要的抗癌藥物設(shè)計靶標，其動態(tài)結(jié)構(gòu)給相應(yīng)的藥物設(shè)計及結(jié)合化合物表征帶來很大困難。研究團隊發(fā)現(xiàn)小分子抑制劑的加入可以誘導(dǎo)c-Myc的構(gòu)象系綜發(fā)生改變，通過對濃度依賴單分子實驗中大量結(jié)合與解離數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析所得出的解離常數(shù)與傳統(tǒng)系綜實驗結(jié)果高度一致，并且捕獲到了小分子與c-Myc的相遇中間體構(gòu)象系綜。進一步研究了小分子抑制劑與Max競爭結(jié)合c-Myc的動態(tài)過程，發(fā)現(xiàn)了不同的相遇中間體系綜。該研究結(jié)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(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，克服了傳統(tǒng)系綜實驗中難以表征無序蛋白單分子動力學(xué)性質(zhì)的難題。相關(guān)研究將有助于深入了解IDP的動態(tài)構(gòu)象變化及分子識別機制，為靶向IDP的理性藥物設(shè)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(xué)實時監(jiān)測
綜合之前的研究成果表明，SiNW-FET單分子平臺可以廣泛應(yīng)用于各種單分子分辨率的無標記生物檢測，例如生物反應(yīng)機制，蛋白質(zhì)折疊，靶向治療，藥物發(fā)現(xiàn)，酶活性和單分子測序等。除此之外，該單分子電學(xué)檢測平臺與當(dāng)前CMOS技術(shù)的兼容性和可靠性，為實際生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如精確的分子識別、即時臨床診斷以及開發(fā)低成本的多通道電子設(shè)備提供了技術(shù)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(fā)表在Nature Communications（ Nat. Commun. 2023, 14 , 5203. DOI: 10.1038/s41467-023-41018-x）期刊上。北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院2017級畢業(yè)生劉文哲博士（郭雪峰課題組）和北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心2017級畢業(yè)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(xué)基金委、科技部、北京分子科學(xué)國家研究中心和北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-41018-x
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