作者:卢培龙等 来源:《自然》 发布时间:2020/8/28 15:00:41
选择字号:
科学家首次实现跨膜孔蛋白的精确从头设计

 两层ɑ螺旋同心环组成的跨膜孔蛋白结构示意图.jpg

两层ɑ螺旋同心环组成的跨膜孔蛋白结构示意图

8月26日,《自然》在线发表西湖大学生命科学学院研究员卢培龙课题组与华盛顿大学David Baker等课题组合作的人工设计跨膜蛋白质的最新研究:《跨膜孔蛋白的计算机辅助设计》。该研究在世界上首次实现了跨膜孔蛋白的精确从头设计。 华盛顿大学博士徐纯福和卢培龙为该文的共同第一作者, 卢培龙研究员、华盛顿大学教授William A. Catterall和David Baker为该文的共同通讯作者。此外,大阪大学、剑桥大学的多位研究人员也在该项研究中作出重要贡献。

在本项研究中,卢培龙实验室与合作团队一起,成功设计了由两层ɑ螺旋同心环组成的2种跨膜孔蛋白,分别可以选择性通透不同分子尺寸以及带电性质的溶质。

首先,研究人员通过对ɑ螺旋结构进行参数化设计,设计了由12个螺旋和16个螺旋组成的水溶性形式的孔蛋白。其中,12螺旋的孔蛋白(六聚体)孔径约为3.3 ? ,16螺旋的孔蛋白(八聚体)孔径约为10 ?。通过对设计孔蛋白进行重组表达、纯化、鉴定与结构验证, 研究人员证明所设计的孔蛋白性质非常稳定(比如结构较之天然蛋白,具备对高温更好的耐受性),并具有与计算设计模型相一致的三维结构。

在此基础上,研究人员设计了相应的跨膜孔蛋白。电生理实验表明,12螺旋跨膜通道蛋白可以通透离子,并且具有对钾离子的选择性;换句话说,这种蛋白可以特异性选择通透某一种离子。在脂质体实验中,16螺旋跨膜纳米孔蛋白可以通透分子量约为1000道尔顿的荧光分子,而12螺旋通道蛋白则不能;即该种孔蛋白作为“筛子”,也对分子的空间大小有所要求,当分子满足这个“孔”的“大小”,就可以穿透;这也与两种孔蛋白各自的孔径相符。最后,研究人员解析了16螺旋跨膜纳米孔蛋白的冷冻电镜结构,与设计模型非常一致,证明了所开发的从头设计方法的准确性。

这项研究是世界上第一次实现对跨膜孔蛋白质的精确从头设计,有助于人们更好地理解物质跨膜转运,即细胞在新陈代谢等生命活动过程中进行正常物质交换的基本原理,为人工设计具有重要功能的跨膜蛋白质奠定了坚实的基础。

这也为人工蛋白质后续可能的应用打开了大门,有望为纳米孔基因测序、分子检测等生物技术提供新的检测手段。例如:人工设计具有特殊通道结构的纳米孔蛋白,可应用于纳米孔测序技术,提高DNA纳米孔测序技术的精度;人工设计全新配体门控的通道蛋白,将能推进基于通道蛋白的分子检测技术等。相当于我们可以在一间屋子里设计不同的“窗户”,实现不同的功能。(来源:中国科学报 温才妃)

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2646-5

 
版权声明:凡本网注明“来源:中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品,网站转载,请在正文上方注明来源和作者,且不得对内容作实质性改动;微信公众号、头条号等新媒体平台,转载请联系授权。邮箱:shouquan@stimes.cn。
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
印度法律阻碍科学家与世界分享新微生物 天问一号完成第三次轨道中途修正
3个国家级杜鹃花新品种获授权 应对全球自然衰退亟需“安全网”
>>更多
 
一周新闻排行 一周新闻评论排行
 
编辑部推荐博文