应激过程中人类 Hsp70 驱动的构象重塑的单分子可视化

Hsp70 伴侣系统在新生多肽的折叠以及细胞应激过程中防止蛋白质错误折叠和聚集方面发挥核心作用。然而，人源 Hsp70——HspA8——究竟如何重塑单个化学错误折叠底物的构象，其精确机制仍不清楚。此外，目前尚不明确，这一机制是否不同于 Hsp70 在热应激过程中与底物结合并维持其天然功能时所采用的机制。 为了解答这些问题，我们在此报告采用单分子荧光共振能量转移（smFRET）技术，从时间维度解析人源 Hsp70 系统如何在化学变性后以及热应激过程中调控一种热敏感底物蛋白——萤火虫荧光素酶（Fluc）的构象。我们发现，Hsp70 能够识别 Fluc 的化学变性状态和热诱导错误折叠状态，并通过构象扩展来加以解析。由核苷酸交换因子 Hsp110 驱动的从 Hsp70 结合态释放的过程，可引导 Fluc 进入富有成效的折叠轨迹；否则，在构象解折叠状态塌缩之后，这些轨迹本不太可能自发出现。此外，我们证明，温度以及错误折叠 Fluc 的构象状态共同决定了 HspA8 有效解析该蛋白内部非天然结构的能力。 总体而言，本研究直接可视化了 Hsp70 在多种应激条件下调节底物构象、以维持蛋白质组完整性的机制。

Hsp70伴侣系统在新生多肽的折叠以及细胞应激过程中防止蛋白质错误折叠和聚集中发挥核心作用。然而，人Hsp70蛋白HspA8究竟通过何种精确机制重塑单个化学性错误折叠底物的构象，目前仍不清楚。此外，Hsp70在热应激期间与底物结合以维持其天然功能时所采用的机制是否与此不同，也尚未明确。

为解决这些问题，我们在此报告采用单分子荧光共振能量转移（smFRET）技术，从时间维度研究人Hsp70系统如何在化学变性后及热应激期间调控一种热敏感性底物蛋白——萤火虫荧光素酶（Fluc）的构象。我们发现，Hsp70能够识别Fluc经化学变性及热诱导形成的错误折叠状态，并通过构象扩展加以纠正。从Hsp70结合态释放这一过程由核苷酸交换因子Hsp110驱动，可引导Fluc进入具有产生成效的折叠轨迹；否则，在其由构象展开态塌缩之后，这些轨迹自发发生的可能性很低。此外，我们证明，温度以及错误折叠Fluc的构象状态共同决定了HspA8有效解析蛋白质内部非天然结构的能力。

总体而言，本研究直接可视化了Hsp70在多种应激条件下调节底物构象、以维持蛋白质组完整性的机制。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.01.729260v1?rss=1

🏷️ Hsp70伴侣系统 单分子FRET 蛋白质错误折叠 构象重塑 细胞应激 荧光素酶