Studying the conformational landscape of intrinsically disordered and partially folded proteins is challenging and only accessible to a few solution state techniques, such as nuclear magnetic resonance (NMR), small-angle scattering techniques, and single-molecule Förster resonance energy transfer (smFRET). While each of the techniques is sensitive to different properties of the disordered chain, such as local structural propensities, overall dimension, or intermediate- and long-range contacts, conformational ensembles describing intrinsically disordered proteins (IDPs) accurately should ideally respect all of these properties. Here we develop an integrated approach using a large set of FRET efficiencies and fluorescence lifetimes, NMR chemical shifts, and paramagnetic relaxation enhancements (PREs), as well as small-angle X-ray scattering (SAXS) to derive quantitative conformational ensembles in agreement with all parameters. Our approach is tested using simulated data (five sets of PREs and 15 FRET efficiencies) and validated experimentally on the example of the disordered domain of measles virus phosphoprotein, providing new insights into the conformational landscape of this viral protein that comprises transient structural elements and is more compact than an unfolded chain throughout its length. Rigorous cross-validation using FRET efficiencies, fluorescence lifetimes, and SAXS demonstrates the predictive nature of the calculated conformational ensembles and underlines the potential of this strategy in integrative dynamic structural biology.

中文翻译：

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使用单分子 FRET、NMR 和 SAXS 对内在无序蛋白质进行定量描述

研究本质上无序和部分折叠的蛋白质的构象景观具有挑战性，并且只有少数溶液状态技术可以使用，例如核磁共振 (NMR)、小角散射技术和单分子 Förster 共振能量转移 (smFRET)。虽然每种技术都对无序链的不同特性敏感，例如局部结构倾向、整体尺寸或中程和远程接触，但准确描述内在无序蛋白质 (IDP) 的构象集合应该理想地尊重所有这些特性. 在这里，我们使用大量 FRET 效率和荧光寿命、NMR 化学位移和顺磁弛豫增强 (PRE) 开发了一种集成方法，以及小角度 X 射线散射 (SAXS) 以得出与所有参数一致的定量构象集合。我们的方法使用模拟数据（五组 PRE 和 15 个 FRET 效率）进行了测试，并在麻疹病毒磷蛋白的无序结构域示例上进行了实验验证，为这种病毒蛋白的构象景观提供了新的见解，该病毒蛋白包含瞬时结构元素，并且是比整个长度上展开的链条更紧凑。使用 FRET 效率、荧光寿命和 SAXS 的严格交叉验证证明了计算的构象集合的预测性质，并强调了该策略在综合动态结构生物学中的潜力。我们的方法使用模拟数据（五组 PRE 和 15 个 FRET 效率）进行了测试，并在麻疹病毒磷蛋白的无序结构域示例上进行了实验验证，为这种病毒蛋白的构象景观提供了新的见解，该病毒蛋白包含瞬时结构元素，并且是比整个长度上展开的链条更紧凑。使用 FRET 效率、荧光寿命和 SAXS 的严格交叉验证证明了计算的构象集合的预测性质，并强调了该策略在综合动态结构生物学中的潜力。我们的方法使用模拟数据（五组 PRE 和 15 个 FRET 效率）进行了测试，并在麻疹病毒磷蛋白的无序结构域示例上进行了实验验证，为这种病毒蛋白的构象景观提供了新的见解，该病毒蛋白包含瞬时结构元素，并且是比整个长度上展开的链条更紧凑。使用 FRET 效率、荧光寿命和 SAXS 的严格交叉验证证明了计算的构象集合的预测性质，并强调了该策略在综合动态结构生物学中的潜力。为这种病毒蛋白的构象景观提供了新的见解，该蛋白包含瞬时结构元素，并且比整个长度上的未折叠链更紧凑。使用 FRET 效率、荧光寿命和 SAXS 的严格交叉验证证明了计算的构象集合的预测性质，并强调了该策略在综合动态结构生物学中的潜力。为这种病毒蛋白的构象景观提供了新的见解，该蛋白包含瞬时结构元素，并且比整个长度上的未折叠链更紧凑。使用 FRET 效率、荧光寿命和 SAXS 的严格交叉验证证明了计算的构象集合的预测性质，并强调了该策略在综合动态结构生物学中的潜力。