26S蛋白酶体是真核生物细胞降解通路中的关键蛋白酶复合体，用以催化降解被泛素化标记的蛋白质底物，在诸如老年痴呆等神经性退行疾病中发挥着重要作用。

北京大学欧阳颀院士课题组与哈佛医学院吕莹课题组长期合作，在26S蛋白酶体结构和功能方面已经取得了系列研究成果（Chen, et al, PNAS 2016; Lu, et al, Molecular cell, 2017; Zhu, et al, Nature Communications, 2018; Dong, et al, Nature, 2019），揭示了其底物降解的动力学过程。

2023年8月17日，北京大学定量生物学中心/物理学院欧阳颀院士课题组与哈佛医学院系统生物学系吕莹助理教授课题组、美国科学院院士、哈佛医学院细胞生物学系Alfred Goldberg教授课题组合作在Molecular Cell上发表了文章Molecular mechanisms for activation of the 26S proteasome by ZFAND5，综合运用单颗粒冷冻电镜、单分子生物物理和生物化学等多种技术手段，系统且全面地揭示了蛋白酶体在其激活因子ZFAND5作用下的激活调控过程。

很多生物学过程，例如肌肉萎缩，炎症反应等，需要激活蛋白酶体。蛋白酶体的激活机制是一个目前研究的重要问题。ZFAND5是个具有激活蛋白酶体功能的结合蛋白。它有两个锌指结构域，大小为25kD。通常情况下，它的表达量比较低。然而，在某些生物过程中，例如肌肉萎缩，细胞中ZFAND5的表达会被诱导，并且显著增加蛋白酶体的底物降解能力。

在本研究中，研究人员首先通过单颗粒冷冻电镜技术，首次揭示了ZFAND5作用下蛋白酶体所呈现的8个不同的构象状态。其中，三个状态为核心颗粒通道关闭状态且有ZFAND5结合的基态简并态，两个为核心颗粒通道关闭状态且有ZFAND5结合的中间态，三个为核心通道开放状态且没有ZFAND5结合的能量简并态，确定了ZFAND5跟蛋白酶体作用的结合位点和特有的启动态（Z_+D状态）。随后，利用单分子荧光显微镜和单分子动力学，研究人员发现尽管ZFAND5只作用于蛋白酶体短暂的时间，但是显著延长了底物蛋白酶体的作用时间，提高了作用底物被降解的可能性等。这一系列的发现在体内实验中得到了验证，强化了ZFAND5对于增强底物降解效率的重要作用。基于这些发现，研究人员提出了一个连贯的反应循环来解释激活因子ZFAND5对蛋白酶体的激活调控机制（图1）。

图1 激活因子ZFAND5对26S蛋白酶体激活调控过程

该工作是国际上首次对于蛋白酶体分子激活调控进行系统且全面的研究。这项研究不仅为该领域带来了新的突破和进展，同时也为其他蛋白酶体激活剂的研究提供了重要的方法和理论基础。

原北京大学定量生物学中心博士生（现为英国牛津大学博士后）朱亚南博士，哈佛医学院博士后Donghoon Lee博士，哈佛医学院博士生Louis Colson为本文共同第一作者。哈佛医学院吕莹助理教授，美国科学院院士、哈佛医学院Alfred Goldberg教授为共同通讯作者。Molecular Cell同期还对本文的作者进行了专访报道（图2）。

图2 专访报道

朱亚南博士将于近期入职浙江大学开展独立研究，实验室将专注于高分辨冷冻电子断层成像方法的开发与应用，欢迎有博士后需求的学者联系。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.molcel.2023.07.023