PNAS | 缪岩松团队发明ADP-F-actin 特异短肽探针——ADPact

微丝骨架作为细胞骨架的重要组成成分 ，在维持细胞形态，承受外力以及保持细胞内部结构的有序性和功能 多样 性方面起重要作用。构成微丝骨架结构的基本单元是肌动蛋白，这是一 种 非常保守 且 具有极性的 蛋白， 广泛存在于 真核细胞 中。 肌动蛋白 启始于 ATP-肌动蛋白 的结合 ， 然后在微丝 骨架 衰老的过程中ATP水解，变为 A DP-P i - 肌动蛋白 ，最终变成 A DP- 肌动蛋白 并被解聚 。 整个微丝骨架的聚合和解聚的动态平衡 受 到多种肌动蛋白分子的迅速而精细的调控。 在 生物 胁迫，发育，衰老的过程中，肌动蛋白在不同的核苷酸态之间迅速转换，重建微丝骨架，从而响应多变生命过程 1 。

然而至今为止，我们尚无 核苷酸态的特异探针来 追踪 微丝 骨架的 动态 变化 。 这样的 技术瓶颈一直阻止 着 我们 进行 深入 的 研究细胞微丝骨架在这种生命活动中动态 变化。 现在 我们 最常用的就 2-3种分子标记来观察微丝骨架的终态，比如 固定细胞里用 鬼笔环肽(Phalloidin) ，和 活 细胞 用 Lifea ct 短肽 （来自于酵母ABP140的N-端17个氨基酸） 2,3 。 但是 他们 无法区分核苷酸态。 核苷酸态特异识别 技术瓶颈的一个关键因素就是 已知结合位点固定而且不能轻易触及。 因为生命体微丝骨架的解聚需要被解聚蛋白（e.g. Cofilin）强亲和力的有效而准确识别 。而且不同 肌动蛋白的核苷酸态仅有非常细微变化，比如D-loop的局部构象变化。 既要识别 A DP- 肌动蛋白又不影响其聚合和解聚的脚踏车动态模式及其困难，任何在此 Cofilin结合位点上的高亲和力识别都会影响正常动态平衡。

近日，新加坡南洋理工大学缪岩松团队在PNAS上发表了题为ADPact: A versatile sensor for ADP-F-actin的研究论文，报道了一种ADP-F-actin 特异的短肽探针—— ADPact 。

研究团队前期 在酿酒酵母里 无意中 发现了一个专门识别A DP- 肌动蛋白并在能量胁迫中重建微丝 骨架网络结构的蛋白， Spa2是一个通过 弱结合 力来专门识别 A DP- 肌动蛋白的分子 。 Spa2 通过依赖于肌动蛋白D 环构象的多层空间和时间控制机制来调控 ADP-肌动蛋白丝成核以及成束。 一旦细胞内ATP能量缺乏，微丝 骨架进行迅速衰老，Spa2就利用相变的机理来产生ADP状态下微丝束的成核，延长，和成束并把整个 微丝 骨架迅速稳定下来。Spa2也是至今为止第一个发现的 A DP- 肌动蛋白的成核因子 4 。

作者通过进一步结合Alphafold 3 预测蛋白结构域以及体内外微丝共定位等实验证明了截短蛋白Spa2 (281-535)可以直接结合ADP - 肌动蛋白而非ATP - 肌动蛋 白，并一步步定位到一个2 0 氨基酸的alpha - helix肽段去直接中可以特异结合ADP - 肌动蛋白，并不影响正常 微丝 骨架的动态过程， 作者 将其名为 ADPact 。 进一步 在 ADP - 微丝束 上与 Cof ilin 的共定位的 实验 也进一步 证明了 ADPact 和Cof ilin 都识别 ADP - 微丝 骨架 但是不在相同位点 。 不同于 广泛 用来标记 微丝骨架 的 生物标记分子 Lifea ct ， ADPact 只是 特异 性 结合ADP - 肌动蛋白以及微丝 骨架 但却不能结合ATP - 肌动蛋白以及微丝 骨架 ， 为我们今后的细胞骨架 苷酸态的动态研究开辟了一条新型的技术途径。

体内实验证明ADPact特异结合ADP-微丝骨架

由此 该 生物学标记分子的发现给 在不同的生理和病理下研究动态的微丝骨架在其中发挥作用带来 可能性 ， 这也就给以后研究 潜在的 由于微丝骨架的紊乱引起的疾病 进而 开发药物 奠定基础， 因 此这种特异性结合ADP - 肌动蛋白以及其组成的微丝骨架的生物学分子标记 A DPact 的发现具有重要的生物学意义 。

新加坡南洋理工大学生物科学学院缪岩松教授为论文通讯作者，博士后马倩倩为第一作者。博士后 韩笑，朱可欣， 贺丹霞，以及在读博士研究生 Cai Xin Ng 参与该研究 。该研究得到了新加坡教育部、国立研究基金会 ， 新加坡卫生部 ，和高精尖研究中心IDMxS 的支持。

参考文献：

1. Pollard, T. D. & Borisy , G. G. Cellular motility driven by assembly and disassembly of actin filaments. Cell 112 , 453-465, doi:10.1016/s0092-8674(03)00120-x (2003).

2. Riedl , J. et al. Lifeact : a versatile marker to visualize F-actin. Nat. Methods 5 , 605-607 (2008).

3. Small, J. V., Rottner, K., Hahne, P. & Anderson, K. I. Visualising the actin cytoskeleton. Microsc . Res. Tech. 47 , 3-17 (1999).

4 Ma, Q. et al. Spa2 remodels ADP-actin via molecular condensation under glucose starvation. Nature Communications 15 , 4491 (2024).

论文链接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2420467122