Methods：解析蛋白结构的新工具

　　

生物通报道：来自哥伦比亚大学生物化学与分子生物物理学系，纽约结构生物学研究中心等处的研究人员通过一种新方法：同源模型(homology modeling)确定了SLAC1细菌同源物的晶体结构，这不仅对于分析SLAC1阴离子通道的作用具有重要作用，而且还为蛋白结构分析提出了一种有效的生物信息学策略。这一研究成果公布在Nature杂志上。

领导这一研究的是著名的结构生物学专家，美国膜蛋白结构协会首席研究员Wayne Hendrickson博士，他曾解析过多种蛋白的结构生物学，比如分析了HIV病毒的辅助受体基因CD4的原子结构，揭示了HIV病毒是如何与T细胞结合的。

解析蛋白结构对于了解这种的特性，功能，以及和其它蛋白的相互作用具有重要意义，但是要建立蛋白三级结构并不是一件容易的事情，在进行结构分析前研究人员还需要开展大量的工作。在各种蛋白的结构解析研究中，最困难的可能就是膜蛋白的结构了，因为膜蛋白无论是在细胞功能，还是在药理分析等多个方面都扮演了重要角色，因此了解膜蛋白的结构对于揭示分子水平上的相互作用具有非常重要的意义。

但是利用常规的实验手段破解这些重要的膜蛋白的三级结构非常的困难。比如对于科学家们来说许多膜蛋白的重组表达就是他们面对的一个相当大的挑战，此外蛋白的纯化和结晶也是非常困难的步骤。在这篇文章中，研究人员利用的是同源模型这种生物信息学策略。这一策略的基本设想是假定有着共同进化祖先的蛋白在氨基酸序列及三维结构上彼此相似。当研究人员能够对其中一个相关的蛋白质结构进行测定时，就可对其余的蛋白质进行预测。

通过这种方法，研究人员成功地利用X射线衍射晶体技术确定了流感嗜血杆菌TehA膜蛋白，1.2 Å分辨率的三级结构，这是有史以来获得的最好的膜蛋白晶体结构，并且在这一基础上获得了植物膜蛋白SLAC1的结构模型。

SLAC1是一个最近识别出的、存在于植物叶子中的阴离子通道，这种通道的功能是控制膨压(turgor pressure)，从而控制植物气门响应包括二氧化碳、臭氧和干旱在内的环境因素而开启。

研究人员获得了SLAC1细菌同源（流感嗜血杆菌TehA膜蛋白）的X-射线晶体结构，并且分析了这一通道的导电性质，发现气孔的静电特性表明，不同阴离子之间的选择性在很大程度上决定了离子脱水的能量成本。

这项研究通过建立同源模型，比较SLAC1与TehA的蛋白结构，并且利用遗传突变技术，通过确定蛋白的三维结构最终鉴定蛋白质的功能。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Homologue structure of the SLAC1 anion channel for closing stomata in leaves
The plant SLAC1 anion channel controls turgor pressure in the aperture-defining guard cells of plant stomata, thereby regulating the exchange of water vapour and photosynthetic gases in response to environmental signals such as drought or high levels of carbon dioxide. Here we determine the crystal structure of a bacterial homologue (Haemophilus influenzae) of SLAC1 at 1.20 ? resolution, and use structure-inspired mutagenesis to analyse the conductance properties of SLAC1 channels. SLAC1 is a symmetrical trimer composed from quasi-symmetrical subunits, each having ten transmembrane helices arranged from helical hairpin pairs to form a central five-helix transmembrane pore that is gated by an extremely conserved phenylalanine residue. Conformational features indicate a mechanism for control of gating by kinase activation, and electrostatic features of the pore coupled with electrophysiological characteristics indicate that selectivity among different anions is largely a function of the energetic cost of ion dehydration.