戈尔迪之结增强UCH-L1的泛素结合能力

UCH-L1是一种单体去泛素化酶，其天然结构在靠近N端的位置嵌入了一个浅层$5_2$结，使打结拓扑结构与底物结合口袋和催化位点均直接相邻。尽管我们此前的研究已证实N端的完整性对于催化活性至关重要，但解结的能量代价及其结构后果仍未得到量化。在本研究中，我们将受控分子动力学与伞形采样方案相结合，构建了UCH-L1的拓扑修饰变体，并首次重建了UCH-L1解结过程的自由能图谱。平均力势揭示了破坏结结构所需克服的陡峭能垒，这与打结是折叠过程中较晚发生且速率受限的步骤相一致；一旦天然结构形成，该拓扑结构便几乎被锁定。对处于游离态和复合态的完全无结变体进行的长时间无偏分子动力学模拟表明，去除结结构会增加N端局部的柔性，但不会引发显著的整体结构失稳。结合能计算显示，无结变体与泛素的结合弱于野生型（约为−62 kcal/mol，而野生型约为−76 kcal/mol），提示拓扑完整性有助于底物亲和力。综上，这些结果表明，UCH-L1中的$5_2$结并非被动的结构特征，而是一种能够微调折叠动力学并促进底物高效结合的功能性结构元件。

UCH-L1是一种单体去泛素化酶，其天然结构在靠近N端的位置嵌入了一个浅层$5_2$结，使打结拓扑结构直接邻近底物结合口袋和催化位点。尽管我们此前的研究已证实N端完整性对于催化活性至关重要，但解结所需的能量代价及其结构后果尚未得到定量评估。在本研究中，我们结合使用牵引分子动力学与伞形采样方法，构建了UCH-L1的拓扑修饰变体，并首次重建了UCH-L1解结过程的自由能剖面。平均力势显示，破坏该结需要跨越陡峭的能垒，这与打结是折叠过程中较晚发生且速率受限的步骤相一致；一旦天然结构形成，该结便基本被锁定。在无配体态和全息态下，对完全未打结变体开展的长时间无偏分子动力学模拟表明，去除该结会增加N端局部的柔性，但不会引起显著的整体结构失稳。结合能计算显示，未打结变体与泛素的结合较野生型更弱（约为−62 kcal/mol，而野生型约为−76 kcal/mol），提示拓扑结构的完整性有助于底物亲和力。综上，这些结果表明，UCH-L1中的$5_2$结并非被动的结构特征，而是一种能够精细调控折叠动力学并有助于提高底物结合效率的功能性结构元件。

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🏷️ UCH-L1去泛素化酶 蛋白质打结拓扑 分子动力学模拟 自由能计算 泛素结合 蛋白质折叠动力学