Nature新技术：单分子水平分析转运蛋白

圣朱迪儿童医院，哥伦比亚大学等处的研究人员在最新一项研究中发现了转运蛋白如何通过它们惊人的特异性发挥功能的重要机制。

　　

就像小船可以搭乘乘客穿越河流一样，转运蛋白可以在细胞膜上移动物质。这个过程对于从细菌到人类的生命形式细胞的健康运作至关重要。这些转运蛋白的功能之前是从成百上千个协同工作的行为中推断出来的，而最新发表在Nature杂志上的一项新研究利用一种技术可以一次完成一种转运蛋白的解构。

文章作者Scott Blanchard说：“通过观察单个分子的活性，我们已经发现了转运蛋白活性潜在机制的一部分，这对该家族中许多临床相关蛋白的未来研究至关重要。”

新技术开辟了新的可能性

这项研究采用了一种称为单分子荧光共振能量转移（smFRET）的技术。这一方法EBF研究人员能够收集各个转运蛋白活动的精确测量值。这种前沿技术是研究作用机制以及与疾病有关的突变的强大工具。

之前的单分子技术可以测量所谓“离子通道”的活性，这种活性确保使带电粒子能够快速穿过细胞膜。

这些单分子方法彻底改变了我们对通道的理解，但由于运输的物质种类繁多，且运输速度相对较慢，因此不适用于转运蛋白。新的smFRET方法对各种运输工具都更有用。

逐步运输

神经递质钠共转运蛋白（NSS）是一类转运蛋白，常见于大脑，能将分子移入或移出细胞。在人体中，神经递质5-羟色胺和去甲肾上腺素的NSS是几乎所有抗抑郁药的靶标。NSS中的多巴胺是苯丙胺和可卡因的主要靶标。因此了解此类蛋白质及其功能，将为这些治疗和滥用药物的机理，以及如何改善针对这些转运蛋白的疗法提供新的见解。

在这项研究中，研究人员应用smFRET分析了NSS蛋白的细菌亲戚：MhsT转运蛋白，它也能将氨基酸转运通过细胞膜。研究人员想了解运输过程中最慢的部分，也就是限速步骤，经过实验，他们惊讶地发现，对于不同的货物，MhsT运输的限速步骤是不同的。

为了使分子穿过膜，转运蛋白会改变其形状，既吸收细胞外部的物质又释放细胞内部的物质。研究人员发现，周期最慢的部分是将形状变回外部的过程，这时转运蛋白已经卸空了一些货物。

“由于不同的货物具有不同的限速步骤，因此这项研究表明‘返回’的过程也许并不是空载，这与转运蛋白上二级结合位点研究的其它证据一致，这个过程对于其活性调节至关重要，”文章另外一位作者，哥伦比亚大学和纽约州精神病学研究所的Jonathan Javitch博士说。

更好地了解NSS蛋白质家族中第二个结合位点的功能相关性，对于研究靶向这些转运蛋白的药物药理学和功效至关重要。

（生物通）

原文标题：

Quantifying secondary transport at single-molecule resolution