膜蛋白結構研究中取得進展

日期：2014-04-01 09:07:00

近日，中國科學院武漢物理與數學研究所楊俊課題組連續兩篇論文被《德國應用化學》接收。該研究組應用魔角旋轉固體NMR技術揭示了磷脂膜對膜蛋白的結構以及淀粉樣蛋白聚集機制的影響。

固體NMR是一種強有力的結構分析手段，它能夠提供原子分辨的蛋白質分子的三維結構和分子間相互作用的位點，以及大時間尺度的動態過程等極為豐富的信息，在結構生物學和分子生物學領域發揮著不可替代的作用。固體NMR不受樣品狀態和分子量上限的制約，是研究膜蛋白和淀粉樣蛋白質纖維的重要工具。

膜蛋白所處的磷脂膜/去垢劑環境對膜蛋白的結構和功能有重要的影響。膜蛋白結構測定手段如X-射線晶體學和液體NMR很難在磷脂雙分子膜的環境下研究膜蛋白的結構，所以目前在PDB里的絕大部分膜蛋白結構是在去垢劑的環境下測定的。但是在去垢劑的環境下的膜蛋白的結構是不是在磷脂雙分子環境下的真實結構是一個備受關注的問題。固體NMR因能夠在磷脂雙分子層的環境下解析膜蛋白的三維結構而成為證實膜蛋白結構真實性的重要工具。大腸桿菌甘油二脂激酶（DAGK）是一個重要的三跨膜蛋白，它的三維結構已經被液體核磁共振和X-射線晶體學的方法所解析。但是由于這兩種方法所用的去垢劑/磷脂膜不同，得到的結構差別很大。這兩種方法都不是在DAGK的天然膜環境中進行，因此在更接近DAGK的天然膜的環境下進行結構分析有著更重要的意義。楊俊課題組利用高分辨的固體NMR多維譜得到了DAGK在接近天然膜環境的E.Coli膜上的二級結構和拓撲結構，通過對比三種去垢劑/磷脂膜環境中DAGK的二級結構，他們發現在膜蛋白的結構分析中去垢劑的使用會造成膜蛋白結構的失真。相關研究論文于2月26日被接收發表。

磷脂膜還能影響淀粉樣蛋白的聚集機制。Aβ是一類具有39-42個氨基酸的多肽，它的各種聚集體包括寡聚體、原纖維和纖維與老年癡呆癥的病理密切相關，研究這些聚集體的三維結構可以為揭示老年癡呆癥發生發展的機制提供分子結構基礎。楊俊課題組首次解析得到了在磷脂雙層膜環境下的原子水平的Aβ纖維單體的三維結構，揭示了磷脂膜環境特別是磷脂極性頭的電荷性質對Aβ纖維結構的影響，提供了Aβ聚集的分子機制。相關研究論文于3月20日被接收發表。

楊俊博士于2010年6月受中科院“百人計劃”資助在武漢物數所組建膜蛋白固體NMR研究團隊，主要從事生物固體NMR新技術和新方法及其應用研究。他的課題組最近建立和發展了三種固體NMR新方法，提高了蛋白質固體NMR結構解析的效率。相關工作得到國家自然科學基金委面上項目以及科技部“973”計劃課題等資助。