Nature新文章解析重要转运蛋白

现在，来自苏黎世大学生物化学系的研究人员第一次成功地确定了一个脂质爬行酶的结构。Raimund Dutzler教授的一个科学家研究小组利用X射线晶体学，揭示了来自TMEM16家族的一个脂质爬行酶的结构。这一结构提供了有关钙离子激活该蛋白以及脂质转运的一些新见解。他们的研究工作发表在11月12日的Nature杂志上。

　　

生物通报道  细胞膜是围绕着细胞的薄壁，保护其内部免受环境的损害。细胞膜由磷脂所构成，由于它们具有两亲性，形成了具有不同化学特性的双分子层：细胞膜表面的头部带有电荷，而双分子层的中心疏水可阻止带电荷分子通过。受控的跨膜离子流对于神经冲动的传递至关重要，离子通道则为这些离子提供了门控通路。

与离子通道相似，脂质爬行酶（facilitate）促进了磷脂通过细胞膜双分子层，这一过程在启动血液凝固中起关键作用。然而直到最近，人们对于这些脂质爬行酶的结构仍不是很清楚。

现在，来自苏黎世大学生物化学系的研究人员第一次成功地确定了一个脂质爬行酶的结构。Raimund Dutzler教授的一个科学家研究小组利用X射线晶体学，揭示了来自TMEM16家族的一个脂质爬行酶的结构。这一结构提供了有关钙离子激活该蛋白以及脂质转运的一些新见解。他们的研究工作发表在11月12日的《自然》（Nature）杂志上。

一个新的跨膜蛋白家族的结构

TMEM16跨膜蛋白家族显示独特的广泛生物学功能，除了作为离子通道，它还在调控平滑肌的收缩、嗅觉和跨上皮氯离子分泌中发挥至关重要的作用，并充当了脂质爬行酶（延伸阅读：院士伉俪Cell深度解析离子通道）。当被钙离子激活时，这些定位在血小板质膜中的脂质爬行酶通过推动将磷脂酰丝氨酸传送至细胞表面来触发凝血。

为了理解这一过程，研究人员鉴别了一个近缘真菌TMEM16脂质爬行酶的结构及功能特征。他们的研究工作揭示出了为整个TMEM16跨膜家族所共有的一种新蛋白质结构，并提供了关于脂质运输的一些新认识。

论文的第一作者Janine Brunner解释说：“这一蛋白包含有一个带电的裂隙，其以螺旋梯的形式横跨细胞膜。这使得脂质的极性头部能够从膜的一层移动到另一侧。”在这一裂隙的附近有一些被保守的、负电荷侧链所包围的束缚钙离子（bound calcium ions）。钙离子结合位点突变会损害脂质运输。通过电生理学在相关TMEM16氯离子通道中研究通道激活的钙离子依赖性，科学家们证实了TMEM16家族中这一钙离子结合模式的保守性。

为新疗法奠定基础

这些研究结果为了解从前未知的脂质运输机制奠定了基础。Dutzler 说：“我们现在获得了有关这一蛋白质家族结构及功能的一些新见解，该蛋白质家族功能失常可引起各种遗传性疾病。”采用一些特异的药物来调控这些蛋白质，有可能是开发出新的疗法来治疗凝血障碍性疾病Scotts 综合征，或是与TMEM16蛋白功能失常相关的一种肌肉疾病的一种潜在策略。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

X-ray structure of a calcium-activated TMEM16 lipid scramblase

The TMEM16 family of proteins, also known as anoctamins, features a remarkable functional diversity. This family contains the long sought-after Ca2+-activated chloride channels as well as lipid scramblases and cation channels. Here we present the crystal structure of a TMEM16 family member from the fungus Nectria haematococca that operates as a Ca2+-activated lipid scramblase. Each subunit of the homodimeric protein contains ten transmembrane helices and a hydrophilic membrane-traversing cavity that is exposed to the lipid bilayer as a potential site of catalysis. This cavity harbours a conserved Ca2+-binding site located within the hydrophobic core of the membrane. Mutations of residues involved in Ca2+ coordination affect both lipid scrambling in N. haematococca TMEM16 and ion conduction in the Cl− channel TMEM16A. The structure reveals the general architecture of the family and its mode of Ca2+ activation. It also provides insight into potential scrambling mechanisms and serves as a framework to unravel the conduction of ions in certain TMEM16 proteins.