新技术使得在单分子水平上研究转运蛋白成为可能

来源：news medical |校审：James Ives |2019-11-14| 翻译：聚生物

就像一艘帮助乘客过河的船，转运蛋白将物质运输穿过细胞膜。这一过程对于从细菌到人类的所有生命体中细胞的健康功能至关重要。这些转运蛋白的功能以前必须从成百上千个一起工作的转运蛋白的行为中推断出来。今天发表在《Nature》杂志上的新技术使得一次只研究一种转运蛋白成为可能。

“通过观察单个分子的活性，我们已经阐明了转运蛋白活性背后的部分机制，这可能对未来该家族中许多临床相关蛋白的研究至关重要。”斯科特·布兰查德博士，通讯作者之一，圣犹大大学结构生物学系成员说。

技术开辟了新的可能性

这项研究依赖于一种叫做单分子荧光共振能量转移（smFRET）的技术。这种方法使研究人员能够收集到单个运输工具活动的精确测量数据。这项前沿技术是研究作用机制以及与疾病相关的突变的有力工具。它在全世界的一些实验室都有。

以前的单分子技术有能力测量所谓的“离子通道”的活动，使带电粒子能够快速穿过细胞膜。这些单分子方法彻底改变了对通道的理解，但由于运输物质种类繁多，运输速度相对较慢，因此不适合转运蛋白。新的smFRET方法对各种转运蛋白更有用。

转运蛋白，分步运输

神经递质：钠共转运蛋白(NSS)是一类转运蛋白，主要存在于大脑中，能运输分子进出细胞。在人类中，神经递质NSS-5-羟色胺和去甲肾上腺素是几乎所有抗抑郁药物的靶点。多巴胺是苯丙胺和可卡因的主要靶点。了解这类蛋白质以及它们是如何发挥作用的，将使人们对这些治疗药物和滥用药物的机制以及如何改进针对这些转运体的治疗方法有新的见解。

研究人员应用smFRET研究了与细菌的相关的NSS蛋白：MhsT转运体，它通过细胞膜运输氨基酸。研究小组希望了解运输过程中最慢的部分，即限速步骤。研究人员惊讶地发现，不同货物的MhsT转运车的限速步骤是不同的。

为了使分子穿过膜，转运蛋白改变了它们的形状，这样既能吸附细胞外的物质，又能在细胞内释放物质。研究人员发现，这个循环中最慢的部分是将形状变回外部时形态，这个过程被因转运物的不同而不同。

“由于不同的货物有不同的缓慢的步骤，研究结果表明‘返回’的步骤不是完全一致的，而是与其他证据相吻合，即运输蛋白上的一个二级结合位点是调节其活性的关键，”共同通讯作者Jonathan Javitch医学博士说哥伦比亚大学和纽约州立精神病学研究所的博士。

更好地理解NSS蛋白家族中第二个结合位点的功能相关性对于研究针对这些转运蛋白的药物的药理学和疗效至关重要。

Source:

St. Jude Children's Research Hospital

Journal reference:

Fitzgerald, G.A., et al. (2019) Quantifying secondary transport at single-molecule resolution. Nature. doi.org/10.1038/s41586-019-1747-5.

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