圖1. 單分子器件的結構示意圖以及無序蛋白動態(tài)過程的電學實時監(jiān)測
通過實時監(jiān)測原位電學信號，研究團隊成功捕獲了自由態(tài)c-Myc蛋白的折疊與去折疊過程中不同動力學行為的構象系綜，并檢測到c-Myc與Max的結合全過程。該過程包括復雜的構象變化、相對穩(wěn)定的相遇中間體構象系綜（圖2）以及穩(wěn)定的全折疊復合體的形成。c-Myc是重要的抗癌藥物設計靶標，其動態(tài)結構給相應的藥物設計及結合化合物表征帶來很大困難。研究團隊發(fā)現小分子抑制劑的加入可以誘導c-Myc的構象系綜發(fā)生改變，通過對濃度依賴單分子實驗中大量結合與解離數據進行統計分析所得出的解離常數與傳統系綜實驗結果高度一致，并且捕獲到了小分子與c-Myc的相遇中間體構象系綜。進一步研究了小分子抑制劑與Max競爭結合c-Myc的動態(tài)過程，發(fā)現了不同的相遇中間體系綜。該研究結果表明SiNW-FET 可以在單分子水平上高時間分辨率地探測IDP結構的動態(tài)變化，克服了傳統系綜實驗中難以表征無序蛋白單分子動力學性質的難題。相關研究將有助于深入了解IDP的動態(tài)構象變化及分子識別機制，為靶向IDP的理性藥物設計提供全新的視角和可能性。
圖2. Myc-Max相互作用過程的單分子電學實時監(jiān)測
綜合之前的研究成果表明，SiNW-FET單分子平臺可以廣泛應用于各種單分子分辨率的無標記生物檢測，例如生物反應機制，蛋白質折疊，靶向治療，藥物發(fā)現，酶活性和單分子測序等。除此之外，該單分子電學檢測平臺與當前CMOS技術的兼容性和可靠性，為實際生物醫(yī)學應用，如精確的分子識別、即時臨床診斷以及開發(fā)低成本的多通道電子設備提供了技術前景。該工作于2023年8月25日以“Visualizing single-molecule conformational transition and binding dynamics of intrinsically disordered proteins”為題在線發(fā)表在Nature Communications（ Nat. Commun. 2023, 14 , 5203. DOI: 10.1038/s41467-023-41018-x）期刊上。北京大學化學與分子工程學院2017級畢業(yè)生劉文哲博士（郭雪峰課題組）和北大-清華生命科學聯合中心2017級畢業(yè)生陳麗敏博士（來魯華課題組）為本文的共同第一作者。郭雪峰教授、來魯華教授以及孫琦副研究員為本文的共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金委、科技部、北京分子科學國家研究中心和北大-清華生命科學聯合中心的資助。原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-41018-x
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