MSCS 通道蛋白(粉紅色)及其相關(guān)脂質(zhì)(深綠色、淺綠色、紅色)嵌在納米圓盤(灰色)中。圖片來(lái)源:洛克菲勒大學(xué)
幾乎所有的細(xì)菌都依賴于相同的應(yīng)急閥門——蛋白質(zhì)通道在壓力下打開,釋放大量的細(xì)胞內(nèi)容物。這是一種安全措施,當(dāng)拉伸到極限時(shí),可以防止細(xì)菌爆炸和死亡。如果了解這些蛋白質(zhì)通道是如何工作的,抗生素藥物就可以設(shè)計(jì)成根據(jù)需要打開它們,利用“閘門”排干細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。
但研究這些通道在實(shí)驗(yàn)室中很難操作,因此它們究竟是如何打開和關(guān)閉以及通過(guò)一種亞導(dǎo)電狀態(tài)最終以脫敏狀態(tài)結(jié)束的,人們?nèi)匀恢跎佟,F(xiàn)在,美國(guó)洛克菲勒大學(xué)的Thomas Walz 實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)新研究介紹了一種激活和可視化這些通道的新方法,使解釋它們的功能成為可能。這些發(fā)現(xiàn)揭示了細(xì)菌中關(guān)鍵的膜蛋白,同樣的方法也可以用來(lái)提高對(duì)人類類似通道的理解。
“我們實(shí)際上能夠看到蛋白質(zhì)通道一系列功能階段的整個(gè)周期?!盬alz說(shuō)。
研究人員表示,一種嵌入細(xì)菌膜的蛋白質(zhì)MscS,在機(jī)械力的作用下會(huì)打開。MscS存在于一層厚膜中,處于封閉狀態(tài)??茖W(xué)家曾經(jīng)懷疑,當(dāng)液體積聚導(dǎo)致細(xì)胞膨脹并對(duì)膜施加壓力時(shí),膜會(huì)被拉伸得非常薄,以至于其蛋白質(zhì)突出。之后,蛋白質(zhì)通道突然打開,釋放細(xì)胞內(nèi)容物,釋放壓力,直到細(xì)胞膜恢復(fù)到原來(lái)的厚度,通道突然關(guān)閉。
但是,當(dāng)Walz小組的博士后張一曉(音譯)發(fā)現(xiàn)不可能通過(guò)在自然范圍內(nèi)稀釋膜撬開通道?!拔覀円庾R(shí)到膜變薄并不是這些通道打開的方式?!盬alz說(shuō)。
Walz和張一曉決定突破納米圓盤技術(shù)的極限,用β-環(huán)糊精去除膜脂,這種化學(xué)物質(zhì)用于從細(xì)胞培養(yǎng)中去除膽固醇。這在膜上引起了張力,Walz團(tuán)隊(duì)可以用低溫電子顯微鏡觀察通道的相應(yīng)反應(yīng)。
他們觀察到的結(jié)果與計(jì)算機(jī)模擬相吻合,并且發(fā)現(xiàn)MscS的一種新功能模型。當(dāng)液體在細(xì)胞內(nèi)積聚時(shí),脂質(zhì)就會(huì)從各個(gè)角落被召集來(lái)幫助緩解整個(gè)細(xì)胞膜的緊張。如果情況變得糟糕,甚至與MscS通道相關(guān)的脂質(zhì)也會(huì)流失。沒有脂質(zhì)保持它們的閉合,這些通道就有足夠的空間打開。相關(guān)論文刊登于《自然》。
研究人員表示,許多這樣的蛋白質(zhì)在人類中起著關(guān)鍵作用,從聽覺、觸覺到血壓的調(diào)節(jié),而且是非常有趣的藥物靶點(diǎn)。
相關(guān)論文信息:http://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03196-w
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