2019年9月7日，国际知名学术期刊proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 在线发表了中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所国家蛋白质科学中心（上海）丛尧课题组的研究论文“An ensemble of cryo-EM structures of TRiC reveal its conformational landscape and subunit specificity”。该研究应用冷冻电镜技术结合生化和功能分析，首次捕捉到真核生物分子伴侣素TRiC（又称CCT）逐步关环的完整构象变化空间，揭示了TRiC各亚基在ATp消耗和关环过程中的特异性（specificity）机制，为深入理解TRiC协助其底物正确折叠的机制奠定了理论基础。

细胞中蛋白质的正确折叠对其发挥正常的生物学功能、维持细胞内环境的稳态具有重要作用。真核生物II型分子伴侣素TRiC由寡聚双环背对背堆叠而成，每个环由8个同源亚基组成。TRiC在ATp驱动下发生动态构象变化，将化学能转化为机械能，进而协助～10％的胞质蛋白正确折叠。其底物包括许多重要的结构性和调节性蛋白，如肌动蛋白actin和微管蛋白tubulin；与肿瘤发生密切相关的蛋白，如肿瘤抑制蛋白VHL和p53，及原致癌蛋白STAT3；以及细胞周期调节蛋白CDC20等。TRiC对维持胞内蛋白质的动态平衡进而调控细胞的生命过程至关重要，其功能的改变或缺失与癌症及神经退行性疾病等密切相关。因此，探索TRiC在ATp驱动下的完整构象变化过程和机制，以及各亚基功能特异性的结构基础，有利于阐明其底物识别及折叠的分子机制，并为揭示TRiC与上述人类疾病之间的关系提供理论基础。

丛尧课题组长期致力于TRiC及蛋白酶体等大分子机器的动态结构与功能研究，揭示了TRiC的阶段性ATp结合机制（NSMB, 2016; EMBO J, 2012），蛋白酶体的激活机制及其在泛素链诱导下的变构及底物识别机制等（Cell Res, 2017; Mol Cell, 2019）。在此基础上，这项研究通过解析TRiC在不同核苷酸（nucleotide）状态及浓度下的一系列高分辨率冷冻电镜结构，首次揭示了TRiC逐步关环的完整构象变化空间和过程机制。其中双环关闭结构达到原子分辨率水平，阐明了之前未见报道的诸多亚基N末端结构及其参与TRiC双环协同变构的机制。结合生化及功能实验，系统地揭示了在ATp消耗及变构过程中TRiC各亚基的特异性：ATp结合后CCT7亚基首先发生构象变化，CCT4亚基最后结合ATp成为该复合体关环的限速步骤，CCT8亚基始终与ADp结合几乎不参与ATp循环。阐明了各亚基消耗ATp及变构是按特定的时空顺序分阶段进行的，同时发现与I型分子伴侣素不同，TRiC在上述过程中双环表现为正向协同性（positive Cooperativity），结束了长期以来的争议。

综上所述，该研究首次捕捉到TRiC逐步关环的完整构象变化空间，揭示了TRiC各个亚基在ATp消耗和关环过程中的特异性及其结构机制，有助于进一步理解TRiC各亚基在其复合体组装、底物识别和折叠过程中表现出的功能特异性。同时揭示了TRiC的双环在ATp消耗、辅助伴侣pFD结合和关环过程中表现出正向协同性，这有利于TRiC对其底物的高效折叠，加深了人们对TRiC高度协同性的认识。以上研究有助于我们理解TRiC协助下的蛋白质折叠机制，并为相关疾病的诊疗提供新思路和靶标。

生化与细胞所博士生金明梁为本文第一作者，丛尧研究员为通讯作者。该研究得到张江实验室国家蛋白质科学研究（上海）设施电镜系统，数据库与计算分析系统、核磁系统、BL19U2小角散射线站与规模化蛋白质制备系统的大力支持。该研究得到国家自然科学基金委、国家科技部、中国科学院战略性先导科技专项（B类）等的资助。

原文链接：https://www.pnas.org/content/early/2019/09/04/1903976116

图1（A）按照亚基结合nucleotide的顺序，TRiC的8个亚基可分为四组，且呈镜面对称分布。（B）TRiC复合体的三套变构协同网络（allosteric network），从亚基内（网络I）的变构到环内（网络II）和环间（网络III）的协同变构。（C）TRiC构象变化空间，揭示了从开环的TS1（TRiC State 1）到双环关闭的TS7状态的相对稳定中间态及环闭合过程中的构象变化过程。（D）在nucleotide浓度逐渐升高条件下，TRiC的构象分布由开环（粉色）逐渐向关环（蓝色）转变。