蛋白质控制着身体的大部分功能，它们的功能失调会导致严重的后果，比如神经退行性疾病或癌症。因此，细胞具有控制蛋白质质量的机制。在动物和人类细胞中，Hsp70类伴侣蛋白是这个控制系统的核心，监督着一系列广泛的生物过程。然而，尽管它们起着至关重要的作用，Hsp70伴侣蛋白的精确分子机制几十年来一直难以捉摸。日内瓦大学(UNIGE)的一个研究小组与EPFL合作，利用一种尖端的纳米孔单分子技术，在确定Hsp70伴侣蛋白如何产生操纵其客户蛋白结构所需的力方面取得了重大突破。这些结果结束了长达十年的争论，发表在《自然通讯》上。

蛋白质需要折叠成特定的三维形状才能正常工作。在它们的几种作用中，像hsp70这样的伴侣蛋白通常有助于蛋白质的正确折叠。为了成功完成这些任务，hsp70需要强力操纵蛋白质的结构，从自发形成的聚集体中提取蛋白质，或者通过促进蛋白质转运到关键的细胞区室(如线粒体)中。

在此背景下，在20世纪90年代和21世纪初，关于Hsp70伴侣蛋白驱动蛋白质易位的机制存在激烈的争论，基于不同的实验集提出了两种主要模型，但没有明确的答案。2006年，EPFL的Paolo De Los Rios教授和洛桑大学(UNIL)的Pierre Goloubinoff教授及其合作者提出了一个名为“熵拉”的新理论。Entropic pull可以解释所有现有的关于蛋白质转运到线粒体的观察结果，也可以应用于hsp70的其他细胞功能，如蛋白质分解。

实验证据

多年来，这一理论已经允许对越来越多的结果进行解释，但仍然没有直接的实验证实。陈曹是UNIGE理学院无机与分析化学系的新助理教授，他的团队专门研究单分子生物分析，特别是纳米孔检测。这种创新的方法包括读取离子电流响应，因为单个分子通过纳米级孔，可以是嵌入在脂质膜上的生物蛋白组装，也可以是制造的固态材料。纳米孔技术的发展旨在制造高分辨率传感器，用于检测复杂基质中的目标分子和生物聚合物的测序。

在最近的这项工作中，该团队利用纳米孔技术在单分子水平上模拟蛋白质转运的体内设置。曹陈教授解释说:“我们的研究结果为Hsp70伴侣的熵拉机制提供了明确的证据，排除了之前提出的另外两个模型，即强力冲程和布朗棘轮。”

在分子水平上的强大力量

在熵拉力机制中，伴侣通过拉动目标蛋白质，增加其运动范围，产生所谓的熵力。该研究的主要作者、博士生维伦娜·鲁克斯解释说:“我们的分析估计，在1纳米的距离上，熵拉的强度约为46 pN，表明在分子水平上存在着非常强大的力量。”

重要的是，这项研究建立了纳米孔方法作为一种强大的单分子技术来探索蛋白质作用的分子机制。