新发现：水通道蛋白控制两种通道

　　

生物通报道：伊利诺斯大学香槟（Urbana-Champaign）分校和亚利桑那大学的研究人员将计算机模拟手段和实验室技术联合起来，发现aquaporins（水通道蛋白）发挥门控机制（gating mechanism）的一种关键亚基——loop D，不仅控制水分子的出入而且与离子传导有关，发挥哪种功能主要取决于刺激细胞的信号途径。研究结果发表于《Structure》9月刊。

Aquaporin是一系列能够控制水分子在细胞和细胞外环境间传递的膜蛋白组成的家族。伊利诺斯大学香槟（Urbana-Champaign）分校的研究人员和亚利桑那大学的研究人员发现此家族的成员之一，aquaporin-1也具有离子通道（ion channels）的功能。

伊利诺斯大学生化教授、Beckman 尖端科技研究所研究员Emad Tajkhorshid说：“弄清门控通道的分子机制，有助于蛋白工程学研究。”

Tajkhorshid等利用已知的aquaporin-1晶体结构和已掌握的分子动力学模拟（molecular dynamics simulations）技术，发现aquaporin-1的中心孔道（central pore，生物通编者译）能够传递，其门控功能受到细胞内环磷酸鸟苷（cGMP或cyclic GMP或3'-5'-cyclic guanosine monophosphate）信号控制。cGMP诱导aquaporin的中心孔道的 loop D构象改变。

“loop D环非常柔韧，每排中有四个带正电荷的精氨酸残基，并且有的精氨酸残基会延伸到中心孔道，”Tajkhorshid说，“我们发现cGMP与loop D结合，促进了精氨酸残基向细胞外的运动，刺激了门道的打开。”

研究人员高度强调了将模拟和实验结合使用的优势。利用模拟技术，研究人员设计了一种突变模型，模型中两个精氨酸被两个丙胺酸(Alanines)取代。在Arizona实验室进行的实验证明，这种突变通道的导电功能几乎消失了，但是输水功能不受影响。

“弄清这种机制有助于我们更好地控制中心孔道的开启和关闭” Tajkhorshid说，“通过修饰孔道中的残基或者改变控制门控孔道的loop D的长度，我们可以关闭传导离子的功能，或者设计出新的开启更为方便、导电率更高的水通道蛋白。”

研究受到美国国立卫生研究院资助。合作者包括：伊利诺斯大学Jin Yu（于金，音译）、Klaus Schulten和亚利桑那大学Andrea J. Yool。（生物通记者 小粥）