聚焦08突破：膜蛋白的晶体结构

除了炙手可热的iPS技术，08年还有一些技术的突破值得我们关注。例如，膜蛋白的晶体结构。一些结构生物学家逐渐开发出新方法，来解决膜蛋白表达、溶解和结晶的瓶颈。2007年以来，一些GPCR的晶体结构陆续被报道。

　　

膜蛋白在整个蛋白质组中大约占了三成，但在PDB的结构库中，还不到可怜的1%。这并不是因为膜蛋白不重要，相反，膜蛋白受体是绝大多数药物的靶点。其配体覆盖蛋白、肽段、糖类、脂类及其他多种有机分子。晶体结构对膜蛋白而言尤其重要。试想一下，如果你了解它们的结构，再去理解突变、配体及相互作用分子等，应该会变得更简单。对于药物开发而言，3D结构能指导人们去开发小分子药物。

现实中主要的瓶颈在于无法大量表达膜蛋白，没有合适的去污剂来溶解它们，以及其固有的结构松散性。G蛋白偶联受体（GPCR）通常很大，疏水结构多，有许多松散的环。第一个发表的GPCR结构是牛视紫红质，时间是2000年。为什么它能成为第一？因为它能从牛眼睛中大量纯化，而没有表达上的限制。此后，GPCR的晶体结构就一直局限在视紫红质。

但是技术在创新，方法在改进。一些结构生物学家逐渐开发出新方法，来解决膜蛋白表达、溶解和结晶的瓶颈。七年的沉寂之后，终于有一些GPCR的晶体结构陆续被报道。美国斯坦福大学医学院的Rosenbaum等人通过两条途径来解决GPCR结晶上的疑难杂症。对于β2肾上腺素受体，关键的问题在于其松散的胞内环。Rosenbaum等用T4溶菌酶取代了第三个胞内环的大部分，而蛋白保留了近似原始的性质。另一方面，他们则用一种单克隆抗体来靶定第三个胞内环，发现这个抗体对于获得晶体衍射非常关键。

结构基因组学小组如美国的NYCOMPS（纽约膜蛋白结构协会）和CSMP（膜蛋白结构中心）以及其他一些国际组织，正在建立高通量的途径来简化膜蛋白结构确定，尽管到目前为止只确定了几个新的结构。同时，无需结晶的固体NMR方法，也在迅速发展，但灵敏度和分辨率仍需进一步提高。

同时，在膜蛋白的表达方面，Invitrogen公司新推出了MembraneMax蛋白表达试剂盒，能得到高产量可溶性的膜蛋白。它的秘密武器就在于其中专利的MembraneMax试剂。MembraneMax™试剂与细胞膜有点类似，外环是一种专利配方的支架蛋白，中间是脂双层。它提供了与细胞内相似的环境，帮助膜蛋白正确折叠，避免了蛋白聚集，同时也省去了反复优化的繁琐步骤。与Invitrogen的Expressway体外表达系统结合，MembraneMax试剂就能生产出微克至毫克级的可溶膜蛋白。更详细的描述请看膜蛋白的表达也能轻松实现。这个试剂盒还入围了2008生命科学十大创新产品评选。

当然，对于膜蛋白结构而言，不可能有放之四海而皆准的操作步骤。我们需要多种方法，来确定不同蛋白的结构。今后的几年，我们有望看到膜蛋白的更多解决方案出炉，而PDB中的膜蛋白结构也将与日俱增。

（生物通 薄荷）