非折叠蛋白质尺寸的构象异质性与FRET数据解读

需要从单分子 Förster 共振能量转移 (smFRET) 推断无序蛋白质构象性质时，必须具备数学-物理上有效的公式。传统方法假定同质构象系综所推断的构象尺寸可能是非物理的。当无偏见地考虑所有可能的——异质的以及同质的——构象分布时，两个链端染料之间的平均转移效率 $\langle E\rangle$ 的单一值通常与高度多样的、多个平均回转半径 $\langle R_{\rm g}\rangle$ 值相一致。在此，我们利用来自粗粒化显式链模型的无偏构象统计，建立一个通用逻辑框架来量化 smFRET 推断中这种基本的模糊性。作为应用，我们解决关于非折叠蛋白质 $\langle R_{\rm g}\rangle$ 对变性剂的依赖性的长期争议，以 Protein L 为例。传统 smFRET 推断得出结论：非折叠 Protein L 的 $\langle R_{\rm g}\rangle$ 对 [GuHCl] 高度敏感，但小角 X 射线散射 (SAXS) 数据表明无论 [GuHCl] 如何 $\langle R_{\rm g}\rangle$ 近乎恒定。引人注目的是，本分析表明，尽管报道的 Protein L 在 [GuHCl] = 1 M 和 7 M 时的 $\langle E\rangle$ 值分别为 0.75 和 0.45 差异很大，但与这两个 $\langle E\rangle$ 值一致的贝叶斯 $R^2_{\rm g}$ 分布重叠高达 $75\%$。我们的发现总体表明，smFRET-SAXS 关于非折叠蛋白质尺寸的差异可能源于低或零变性剂下的高度异质构象系综，并且需要额外的实验探针来确定这种异质性的本质。