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当前，对于天然无序蛋白（intrinsically disordered proteins，IDPs）的结构表征最有力的实验手段主要为核磁共振波谱（nuclear magnetic resonance, NMR）、小角度X射线散射（small anglex-ray scattering，SXAS）和单分子荧光共振能量转移（single molecular fluorescence resonance energy transfer，smFRET）。然而，这些实验手段往往表征的是样品时间或整体的平均性质，而由于IDPs的异质性，其构象往往需要通过系综来进行表现。今年10月23日，本公众号介绍了一个基于SAXS数据建立IDPs构象系综的工作。2021年11月24日，法国格勒诺布尔大学的Martin Blackledge课题组在Journal of the American Chemical Society上发表题为"Quantitative Description of Intrinsically Disordered Proteins Using Single-Molecule FRET, NMR, and SAXS"的文章，提出基于单分子FRET数据建立IDPs构象系综的算法，并联合该课题组之前提出的基于NMR数据的算法进行计算，其结果得到了SAXS和荧光寿命数据的验证。在对于IDPs的研究中，smFRET对于由于对大型仪器的依赖程度明显更低越来越得到广泛的应用。然而，在检测中对IDPs引入荧光标记，是其数据被质疑能否真实反映IDPs性质的一个重要原因。因此，在使用flexible-meccano软件根据蛋白序列计算出一个大的构象系综之后，该课题组首先计算了两端标记的荧光分子的可及体积（accessible volumes，AV）。为了节省计算时间，可以计算部分构象后使用计算距离进行近似。以此考虑荧光分子对IDPs的影响。之后他们使用该课题组提出的遗传算法ASTEROIDS从大的构象系综里选择符合实验数据构象集合（其示意图如图1所示）。顺磁弛豫增强（paramagnetic relaxation enhancement，PRE）是一种使NMR能用以观察更为长程相互作用的方法，通过联合PRE和FRET数据，使距离信息更为丰富，研究人员优化了构象系综计算结果。之后通过测试研究人员确认了使用构象数量应达到200个以上的构象系综才能较好的符合实验结果。为了验证方法的有效性，研究人员选择了麻疹病毒磷蛋白N端长度为110个残基的无序蛋白P1-100为研究对象。P1-100有丰富的核磁实验数据，核磁数据表征说明其结构有两个瞬态的α螺旋。研究人员获得了：9套smFRET，5个不同探针位置的PRE，全套主链的化学位移和SAXS等丰富的数据。使用5套PRE、化学位移以及9套中6套smFRET的数据，研究人员获得了一个由200个构象组成的构象系综。通过对其计算验证说明，该系综不仅符合被使用的6套smFRET数据（图2D，E），而且与未被使用的数据相吻合（图2F黄色背景）。并且根据系综的计算结果与SAXS实验数据相符（图2G）。 
图2. 获得的构象系综各项计算值与实验值相符。 在该项研究中，研究人员成功实现了根据smFRET 数据建立IDPs 结构模型的方法。并且在对实例的使用中，发现联用PRE数据提供的距离信息，可以优化计算结果，于是进一步整合了该课题组之前提出的基于NMR 构建构象系综的计算方法，充分应用了目前我们可以对IDPs 获得的实验数据。参考文献： Samuel Naudi-Fabra，et al. "Quantitative Description of Intrinsically Disordered Proteins Using Single-Molecule FRET, NMR, and SAXS." JACS, 143 (2021): 20109−20121. DOI: https:///10.1021/jacs.1c06264.
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