施一公研究組最新Nature文章

日期：2010-12-03 13:39:36

來自清華大學(xué)生科院，醫(yī)學(xué)院，普林斯頓大學(xué)Lewis Thomas實(shí)驗(yàn)室等處的研究人員報(bào)道了一種重要的轉(zhuǎn)運(yùn)因子的蛋白結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)由6個(gè)跨膜區(qū)域以之前未見報(bào)道的新折疊形式出現(xiàn)，這對于了解核黃素(維生素 B2)的運(yùn)輸，以及進(jìn)一步拓展生物學(xué)結(jié)構(gòu)具有重要意義。

文章的通訊作者是清華大學(xué)生命科學(xué)院院長施一公教授，其研究組主要致力于運(yùn)用結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)的手段研究腫瘤發(fā)生和細(xì)胞調(diào)亡的分子機(jī)制，集中于腫瘤抑制因子和細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)構(gòu)和功能研究、重大疾病相關(guān)膜蛋白的結(jié)構(gòu)與功能的研究、胞內(nèi)生物大分子機(jī)器的結(jié)構(gòu)與功能研究。另外兩位作者分別是王佳偉（Jiawei Wang）和張鵬（Peng Zhang）。

近期研究發(fā)現(xiàn)了一類重要的蛋白：能量耦合因子（energy-coupling factor，ECF）轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，這類蛋白是一些微量營養(yǎng)元素的運(yùn)輸因子，負(fù)責(zé)原核生物的維生素?cái)z入運(yùn)輸。每個(gè)ECF轉(zhuǎn)運(yùn)因子都包含一種嵌入細(xì)胞膜，能結(jié)合底物的蛋白結(jié)構(gòu)：S組件，這一結(jié)構(gòu)是能量耦合的關(guān)鍵部件，由兩個(gè)ATP結(jié)合蛋白和一個(gè)跨膜蛋白組成。然而目前這一結(jié)構(gòu)的具體構(gòu)架，以及運(yùn)輸機(jī)制并不清楚。

在這篇文章中，研究人員確定了金黃葡萄球菌核黃素轉(zhuǎn)運(yùn)因子的S組件，即RibU的X-射線晶體結(jié)構(gòu)，這一分辨率為3.6-Å的結(jié)構(gòu)顯示，RibU包含了6個(gè)跨膜區(qū)域，這6個(gè)區(qū)域以一種之前未見報(bào)道的方式折疊（如下圖），其中核黃素是綁定在L1環(huán)和幾個(gè)跨膜片段的周質(zhì)部分上的。這種“膜嵌入基質(zhì)結(jié)合域”結(jié)構(gòu)揭示了一種保守的蛋白結(jié)構(gòu)特征，也說明了ECF轉(zhuǎn)運(yùn)因子的運(yùn)輸機(jī)制。

膜蛋白的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究一直以來是結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域公認(rèn)的重點(diǎn)及難點(diǎn)。1985年，第一個(gè)膜蛋白結(jié)構(gòu)問世，當(dāng)時(shí)共計(jì)僅有不到200個(gè)生物大分子結(jié)構(gòu)。而時(shí)至今日，PDB收錄的近7萬個(gè)生物大分子結(jié)構(gòu)中，膜蛋白結(jié)構(gòu)不到700個(gè)，其中新型的膜蛋白結(jié)構(gòu)又只有250多個(gè)（Membrane Proteins of Known 3D Structure），足見膜蛋白結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究的困難。清華大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)中心在過去兩年間相繼報(bào)道了3個(gè)新型膜蛋白的4個(gè)晶體結(jié)構(gòu)，由于其創(chuàng)新性和重要性，四篇學(xué)術(shù)論文全部發(fā)表于《自然》或《科學(xué)》，為我國的膜蛋白結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究作出了重要貢獻(xiàn)，其成果在國際結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域獲得了充分關(guān)注。