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Nature新文章解析重要轉運蛋白

日期:2014-11-18 08:45:28

 

細胞膜是圍繞著細胞的薄壁,保護其內部免受環境的損害。細胞膜由磷脂所構成,由于它們具有兩親性,形成了具有不同化學特性的雙分子層:細胞膜表面的頭部帶有電荷,而雙分子層的中心疏水可阻止帶電荷分子通過。受控的跨膜離子流對于神經沖動的傳遞至關重要,離子通道則為這些離子提供了門控通路。

 

與離子通道相似,脂質爬行酶facilitate)促進了磷脂通過細胞膜雙分子層,這一過程在啟動血液凝固中起關鍵作用。然而直到最近,人們對于這些脂質爬行酶的結構仍不是很清楚。

 

現在,來自蘇黎世大學生物化學系的研究人員第一次成功地確定了一個脂質爬行酶的結構。Raimund Dutzler教授的一個科學家研究小組利用X射線晶體學,揭示了來自TMEM16家族的一個脂質爬行酶的結構。這一結構提供了有關鈣離子激活該蛋白以及脂質轉運的一些新見解。他們的研究工作發表在1112日的《自然》(Nature)雜志上。

 

一個新的跨膜蛋白家族的結構

 

TMEM16跨膜蛋白家族顯示獨特的廣泛生物學功能,除了作為離子通道,它還在調控平滑肌的收縮、嗅覺和跨上皮氯離子分泌中發揮至關重要的作用,并充當了脂質爬行酶(延伸閱讀:院士伉儷Cell深度解析離子通道)。當被鈣離子激活時,這些定位在血小板質膜中的脂質爬行酶通過推動將磷脂酰絲氨酸傳送至細胞表面來觸發凝血。

 

為了理解這一過程,研究人員鑒別了一個近緣真菌TMEM16脂質爬行酶的結構及功能特征。他們的研究工作揭示出了為整個TMEM16跨膜家族所共有的一種新蛋白質結構,并提供了關于脂質運輸的一些新認識。

 

論文的第一作者Janine Brunner解釋說:“這一蛋白包含有一個帶電的裂隙,其以螺旋梯的形式橫跨細胞膜。這使得脂質的極性頭部能夠從膜的一層移動到另一側。”在這一裂隙的附近有一些被保守的、負電荷側鏈所包圍的束縛鈣離子(bound calcium ions)。鈣離子結合位點突變會損害脂質運輸。通過電生理學在相關TMEM16氯離子通道中研究通道激活的鈣離子依賴性,科學家們證實了TMEM16家族中這一鈣離子結合模式的保守性。

 

為新療法奠定基礎

 

這些研究結果為了解從前未知的脂質運輸機制奠定了基礎。Dutzler 說:“我們現在獲得了有關這一蛋白質家族結構及功能的一些新見解,該蛋白質家族功能失常可引起各種遺傳性疾病。”采用一些特異的藥物來調控這些蛋白質,有可能是開發出新的療法來治療凝血障礙性疾病Scotts 綜合征,或是與TMEM16蛋白功能失常相關的一種肌肉疾病的一種潛在策略。

 


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