EMBO J：新研究揭示ABC转运蛋白的工作机制
新研究揭示ABC转运蛋白的工作机制
根据最近一项研究，来自慕尼黑Ludwig-Maximilians-Universitaet(LMU)的研究人员使用一种特殊的荧光成像技术来揭示了细胞膜中的通道蛋白将分子运输到细胞外介质时发生的构象变化。
生物细胞可以被认为是蜂巢，其中蛋白质起到工蜂的作用。不一样的是，蛋白质可以相互作用形成分子机器。为了理解其功能多样性的机制，结构生物学家主要依赖于结晶后三维结构的分析。然而，蛋白质晶体提供的基本上是静态的图像。 “所以这种方法本身就是不够的，”LMU物理与合成生物学教授Thorben Cordes说。 “我们需要了解分子运动和蛋白质在行使功能过程过程中发生的结构变化。” Cordes和他的研究小组专注于寻找揭示蛋白质动态变化的方法。他们与伦敦帝国理工学院和格罗宁根大学的团队合作，成功地揭示了一类膜整合转运蛋白中发生的构象变化。这一发现发表在EMBO杂志上。
这类被研究的蛋白质叫做ABC转运蛋白，这是一种必需的膜蛋白，参与很多细胞过程，包括营养吸收，解毒和免疫反应。ABC由两个组分组成：1、嵌入膜中的跨膜结构域形成通道，基质通过该通道从细胞流出;2、细胞内核苷酸结合结构域负责提供所需的能量 - 它通过结合和分解ATP(细胞的主要化学能载体)来完成。
为了确定ABC转运蛋白如何将其底物运输到膜上，Cordes及其同事使用了单分子FRET方法。FRET原理如下：将两个分子分别用两种不同的荧光染料连接，当其位于相互作用的分子或结构域时，荧光信号随着它们之间的距离而变化(即发生“荧光共振能量转移”)。通过使用显微镜测量这些变化，可以监测构象结构的变化和不同蛋白质亚基之间的结合相互作用。 “通过这种方式，我们能够证明底物跨膜转运需要ABC蛋白构象的重大变化，”Cordes说。转运蛋白的两个结构域可以以开放或闭合构象存在。在开始时，核苷酸结合结构域向内开放。然后ATP分子的结合触发该结构的关闭。当底物已经在由跨膜结构域形成的通道中时，跨膜结构域转为开放构象，将底物释放到基质中，然后关闭。
基于这一结果，作者希望单分子FRET将成为进一步研究ABC转运蛋白的首选方法。 “这类转运蛋白也参与了许多严重疾病的发病机制，包括囊性纤维化以及抗癌药物，”Cordes解释说。 “因此，更好地了解他们的运输机制可以开辟新的治疗机会。” (生物谷Bioon.com)
资讯出处：Protein dynamics: Molecular machines at work
原始出处：Florence Husada, Kiran Bountra, Konstantinos Tassis, Marijn de Boer, Maria Romano, Sylvie Rebuffat, Konstantinos Beis, Thorben Cordes. Conformational dynamics of the ABC transporter McjD seen by single‐molecule FRET. The EMBO Journal, 2018; e100056 DOI: 10.15252/embj.2018100056
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