低溫揭密：變形蛋白的隱藏力量

一項新理論指出，溫度是控制變形蛋白形狀轉換的關鍵，尤其是低溫更能促進這種轉變。研究人員分析了多組蛋白質對，並發現了強有力的證據支援這一觀點。如果這一理論成立，科學家將能設計出更具威力的新型蛋白質，應用於醫學和生物科技領域。

變形蛋白就像是細胞中的變形金剛，存在於人類、動物和細菌中。它們能在兩種截然不同的形狀之間大幅轉換，使它們能夠適應環境變化並執行多種功能。儘管這些蛋白質的重要性不言而喻，科學家們至今仍未完全理解它們的轉換機制。

為了破解這一謎團，馬裡蘭大學化學與生物化學系及生物科學與生物科技研究所（IBBR）的教授約翰·奧爾班（John Orban）與加州大學默塞德分校的教授安迪·李旺（Andy LiWang）共同提出了一個大膽的新理論。他們認為，許多變形蛋白依賴於溫度變化——尤其是低溫——來觸發其形狀轉換能力。如果這一理論得到證實，這將意味著溫度在控制這些蛋白質的轉換中扮演著基礎性角色。

理解變形蛋白的運作機制對生物醫學研究具有重大意義，包括開發新型救命藥物。奧爾班表示，未來可能設計出具有多種功能的可切換蛋白質。例如，這些蛋白質可以偽裝成某種狀態進入癌細胞，並在特定環境條件下轉換為能殺死細胞的狀態。

變形蛋白已知會因應各種環境觸發因素——如酸度或氧化變化——而改變形狀，但奧爾班和李旺的理論更進一步。他們的研究試圖解釋為何變形蛋白在不同形狀之間存在一種平衡。奧爾班指出：「變形蛋白無法轉換形狀，除非兩種狀態之間存在平衡，而我們認為這種平衡的基礎是溫度。這可能是一種普遍的機制。」

這一假說源自奧爾班在2023年共同發表的一項研究。該研究發現，當研究人員在5至30攝氏度的範圍內調整溫度時，一種工程化的變形蛋白會在折疊狀態之間來回切換。奧爾班表示：「目前還有其他自然存在的變形蛋白也具有這種特性，但這是首個僅依賴溫度進行可逆切換的設計蛋白質案例。」

在他們的新論文中，奧爾班和李旺調查了26組先前研究過的變形蛋白對，並特別分析了疏水性接觸的差異——這些水排斥區域有助於維持結構的穩定性。研究人員發現，幾乎每一組蛋白質對在疏水性接觸上都存在顯著差異，並且這些差異與溫度依賴性變化密切相關。低溫狀態通常伴隨著較少的疏水性接觸，從而形成更靈活的狀態，有利於形狀轉換。

目前的研究結果似乎支援了他們關於溫度在變形蛋白中角色的理論。奧爾班表示：「這是一個正在驗證的假說，但到目前為止，它得到了支援。我們對此感到驚訝，因為這是一個相當大膽的想法。」

未來，這項研究可應用於尋找更多變形蛋白，這些蛋白質通常難以識別。全球蛋白質資料庫中約有20萬種已知的單態蛋白質——即具有單一穩定結構的蛋白質——但變形蛋白的數量不到100種。奧爾班認為，透過將溫度作為觸發因素，一些被認為是單態的蛋白質可能會轉換形狀，揭示其真正的變形蛋白本質。

儘管奧爾班的主要動機是解答關於變形蛋白轉換機制的基礎問題，但他對未來的應用也充滿樂觀。他表示：「我們目前的研究主要集中在基礎層面，但我們也討論了可能的生物科技應用，我認為這並非天方夜譚。在不久的將來，我們很可能會更可靠地預測、設計變形蛋白，並讓它們為我們工作。」

參考文獻：Unveiling the Cold Reality of Metamorphic Proteins，2025年3月14日，PNAS，DOI: 10.1073/pnas.2422725122