SOD1 表现出变构挫折以促进金属结合亲和力

超氧化物歧化酶 -1（SOD1）是一种普遍存在的、结合 Cu 和 Zn 的自由基防御酶，其错误折叠和聚集在肌萎缩侧索硬化症（一种 invariably fatal 的神经退行性疾病）中可能起关键作用。已在家族性病例中鉴定出超过 150 种 SOD1 突变，但目前尚不清楚这些突变体是否具有使其致病的统一特征。在此，我们开发了几种新的计算方法，用于探测与 ALS 相关及理性设计的 SOD1 变异体的热力学 - 机械性质。计算了残基与金属之间的变构相互作用自由能，并模拟了一系列具有不同系留位置的原子力显微镜实验，以量化 SOD1 变异体的机械刚性“指纹”。对一系列 C 端截短突变体的机械指纹研究，结合对改变天然约束时的平衡动态涨落分析、突变引起的势能变化分析、frustratometer 分析，以及对 90 个残基进行甘氨酸扫描时局部挫折与金属结合相互作用之间耦合的分析，共同揭示了 apo 蛋白内部存在挫折，这些内部应力可通过突变部分缓解，但代价是降低金属结合亲和力，且残基的挫折程度与其在金属结合中的作用直接相关。这些证据表明，apo SOD1 是一种具有“自变构”特性的应变中间态，以实现高金属结合亲和力。因此，SOD1 作为抗氧化剂的功能先决条件与 apo 态的热力学 - 机械稳定性相互竞争，增加了该蛋白在 apo 态下错误折叠的易感性。