伴侣蛋白对蛋白质动态性的识别驱动耐药性

药物耐受性的出现通常由改变药物—靶标亲和力的突变所驱动，然而宿主细胞机器在调控这些过程中的作用仍不清楚。在此，我们揭示伴侣蛋白复合体 GroEL/S 通过识别蛋白质动力学来促进药物耐受性。通过在抗生素压力下并结合不同 GroEL/S 表达水平对大肠杆菌二氢叶酸还原酶（DHFR）进行定向进化，我们鉴定出一种折叠良好的耐药变体；尽管其与抑制剂紧密结合，但其适应性却在关键程度上依赖于 GroEL/S 的结合而得到增强。X 射线晶体学、核磁共振、分子动力学和动力学建模表明，M20 环在毫秒时间尺度上的翻转产生了空间可及性以及一个供伴侣蛋白复合体相互作用的动力学窗口，从而强制置换紧密结合的抑制剂，进而突破抑制剂结合的热力学平衡，恢复活性酶库并维持代谢通量。我们的发现不仅揭示了一种“动态识别”的新范式，即构象动力学与构象分布共同决定伴侣蛋白复合体的识别，而且还确立了伴侣蛋白复合体作为“去配体酶”的作用，即其能够主动调节体内药物结合，这表明伴侣蛋白对细胞蛋白质组的监视功能已超越质量控制，进而调控天然蛋白的功能。这一机制界定了一条此前未被认识的药物耐受性快速形成途径，对于理解微生物感染和人类恶性肿瘤的治疗具有重要意义。

耐药性的出现通常由改变药物—靶标亲和力的突变所驱动，然而，调控这些过程的宿主细胞机器所发挥的作用仍不清楚。在此，我们揭示伴侣蛋白复合体 GroEL/S 通过识别蛋白质动力学来促进耐药性。通过在抗生素胁迫下、并在不同 GroEL/S 表达水平条件下对大肠杆菌二氢叶酸还原酶（DHFR）进行定向进化，我们鉴定出一种折叠良好的耐药变体；尽管该变体与抑制剂紧密结合，其适应度仍在关键程度上受到 GroEL/S 结合的增强。

X 射线晶体学、核磁共振（NMR）、分子动力学和动力学建模表明，M20 环在毫秒时间尺度上的翻转产生了空间可及性以及伴侣蛋白复合体相互作用的动力学窗口，该相互作用可强制置换紧密结合的抑制剂，从而压倒抑制剂结合的热力学平衡，恢复活性酶库并维持代谢通量。我们的研究结果不仅揭示了一种“动态识别”的新范式——即构象动力学与构象分布共同决定伴侣蛋白复合体的识别——还确立了伴侣蛋白复合体作为“去配体酶（deligandases）”的作用，即其能够主动调节体内药物结合。这提示伴侣蛋白对细胞蛋白质组的监视功能已超越传统的质量控制范畴，进而调控天然蛋白的功能。

该机制界定了一条此前未被识别的耐药性快速发展途径，对于理解微生物感染和人类恶性肿瘤的治疗具有重要启示。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.03.729952v1?rss=1

🏷️ 伴侣蛋白GroEL/S 药物耐受性 蛋白质动力学 DHFR 抗生素抗性 定向进化