该论文运用纳米抗体（Nanobody）和化学交联（Chemical cross-linking mass spectrometry, XL-MS）相结合的方法，揭示了特异性纳米抗体通过引起构象变化影响磷脂酰肌醇3激酶α（Phosphoinositide 3 kinase alpha, PI3Kα）催化活性的分子机制和柔性结构域BH、cSH2及SH3的位置信息，为深入认识这个关键信号分子的结构与功能提供了新的实验依据。

PI3Kα是一种重要的脂质激酶，由催化亚基p110α和调节亚基p85α共同组成异二聚体，与细胞生长和增殖密切相关，其功能获得性突变是肿瘤形成的驱动因素^1-2，因而成为治疗癌症的重要靶点。虽然PI3K抑制剂已被大量报道，但只有五种获准上市^3-4。PI3Kα蛋白具有高度的灵活性，其结构解析困难重重⁵，全长复合物中迄今仍有三个柔性结构域（BH、cSH2和SH3）的相对位置尚不明了，严重阻碍了相关新药的创制。

参加这项工作的科研人员首先对数十个PI3Kα特异性纳米抗体进行了筛选，从中选取3个高亲和力且稳定表达的抗体分子（Nb3-126、Nb3-142和Nb3-159），通过反复优化实验条件，获得了颗粒均一且性状稳定的全长PI3Kα分别与3种纳米抗体结合的蛋白复合物。借助中国科学院上海药物研究所300 kV冷冻电镜拍摄到的清晰图像和后继单颗粒三维重构，解析了整体分辨率分别为2.41、3.08和3.13 Å的立体结构。结果表明，对PI3Kα具有激活作用的Nb3-126使得催化核心具有高分辨率（图1A），但未能建模的p85α结构域密度则降低（图1B）。相反，抑制PI3Kα活性的Nb3-142使得催化核心的分辨率减弱，而未能建模结构域的密度却得以增强（图1C）。

图1. A，PI3Kα与Nb3-126复合物结构显示催化核心区域具有高分辨率。B，该复合物结构的局部分辨率图，显示未建模区域密度较低。C，PI3Kα与Nb3-142复合物结构显示其存在稳定的额外密度。

此外，在对酶活性无明显影响的Nb3-159与PI3Kα所形成复合物中的iSH2结构域发生显著移位（图2A）。三维可变性分析（3D variability analysis, 3DVA）发现了一种全新构象：iSH2和ABD位移超过10 Å并围绕其长轴旋转，nSH2结构域围绕p110α-E545-p85α-K379相互作用并略微旋转（图2B）；随后的建模和均方根偏差值（root mean square deviation, RMSD）研究显示出PI3Kα与Nb3-159复合物构象的广泛变化（图2C）。

1. Burke JE, Perisic O, Masson GR, et al. Oncogenic mutations mimic and enhance dynamic events in the natural activation of phosphoinositide 3-kinase p110α (PIK3CA). Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 2012, 109(38): 15259-15264.
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4. Krause G, Hassenrück F, Hallek M. Copanlisib for treatment of B-cell malignancies: the development of a PI3K inhibitor with considerable differences to idelalisib. Drug Design, Development and Therapy, 2018, 12: 2577.
5. Vanhaesebroeck B, Burke JE, Madsen RR. Precision targeting of mutant PI3Kα in cancer by selective degradation. Cancer Discovery, 2022, 12(1): 20-22.
6. Liu X, Yang S, Hart JR, et al. Cryo-EM structures of PI3Kα reveal conformational changes during inhibition and activation. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 2021, 118(45): e2109327118.