gp96及其辅助分子伴侣PRAT4A帮助Toll样受体膜外区正确折叠的分子机制

As endoplasmic reticulum resident heat-shock protein 90 paralog, gp96 works as a highly selective molecular chaperone, whose client proteins embrace Toll like receptors (TLRs), HER2, integrins, etc. Despite the close relationship between up-regulation of gp96 and cancer growth/metastasis, and despite the therapeutic prospect of gp96-peptide complex in various cancers and infectious diseases, several fundamental biological questions of gp96 remained elusive for decades. These include the molecular basis of gp96’s high selectivity towards client proteins and its conformational dynamics along the ATP cycle. In light of this, we propose to use Hydrogen Deuterium Exchange coupled Mass Spectrometry (HDX-MS) together with structural biology and biochemical tools to elucidate gp96’s in solution conformational dynamics, and to reveal the molecular basis underlying its interaction with representative co-chaperon (PRAT4A) and client protein (TLRs). We anticipate that our work will shed light on the ultimate question: how the proper folding of client protein is achieved with the help from gp96 and its co-chaperon? And we hope that our work will contribute to the development of next generation gp96 inhibitors and benefit further clinical translation of gp96-peptide complex.

定位于内质网膜的热休克蛋白90家族成员gp96蛋白作为一种对其“客户蛋白”具有高选择性的分子伴侣，与多种癌症的发生发展密切相关，而gp96-抗原肽复合物在癌症和传染性疾病的防治方向也已展现出广阔的应用前景。然而目前，领域内对于gp96与其辅助分子伴侣和“客户蛋白”(包括肿瘤抗原肽段)的互作机理， 以及gp96在ATP水解循环过程中的动态构象变化均不明晰。针对这一现状，本项目计划利用新兴的氢氘交换质谱技术手段并结合结构生物学的方法来研究上述科学问题。我们预期该研究成果将对gp96究竟如何利用ATP水解产生的能量来帮助其“客户蛋白”的正确折叠这个科学问题具有启示意义，同时也期待该研究成果能够对针对gp96的小分子或抗体抑制剂研发，以及gp96-抗原肽复合物疫苗进一步的改进和发展具有一定的指导意义。

定位于内质网膜的热休克蛋白90家族成员gp96是一种对其“客户蛋白”具有高选择性的分子伴侣，它通过帮助一系列‘促癌蛋白’的正确折叠而与多种癌症的发生发展密切相关。作为ATP酶，gp96可以利用ATP水解产生的能量来帮助其“客户蛋白”正确折叠，然而这一过程背后的详细分子机制至今仍不明确。一方面，gp96在无核苷酸结合状态下的构象迄今未见报道，而另一方面领域内对于gp96在ATP水解循环过程中的动态构象变化尚不明晰，这些都阻碍了我们对gp96发挥分子伴侣功能的详细机制的理解。针对这一现状，本项目综合运用氢氘交换质谱、小角散射与单分子负染电镜等不同的先进技术手段对鼠源gp96在ATP水解循环过程中的动态构象变化进行了深入细致的研究，我们发现gp96在生理环境中、不同核苷酸结合状态下均处于‘开放’与‘闭合’的双重构象平衡共存的状态，ATP的结合会使该平衡向‘闭合’构象的方向移动，而ATP水解为ADP则会使平衡朝着‘开放’的方向移动。该研究成果为进一步阐释gp96如何利用ATP水解产生的能量来帮助“客户蛋白”折叠这一终极问题奠定了基础，同时也将有助于我们找到gp96与热休克蛋白90家族其他成员构象差异最大的状态，从而对特异性针对gp96的抗癌小分子抑制剂研发具有一定的指导意义。