PNAS：膜蛋白转运之谜

　　

生物通报道：膜蛋白对于细胞正常功能至关重要，但人们并不清楚这些蛋白在细胞内合成后，是如何到达膜上的特定位点的。日前，科学家们鉴定了负责膜蛋白进出的分子机器，解答了这一重要的分子生物学谜题。他们希望这一突破性成果能够最终被用于抗菌药物的设计。

Bristol大学和欧洲分子生物学实验室EMBL的研究团队，利用新基因工程技术分离了关键的膜蛋白运输机器——holo-translocon。文章于二月十七日发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志上。研究指出，这一发现可以应用到新兴的合成生物学领域，帮助人们开发拥有特殊功能的新型膜蛋白。

细胞膜与膜蛋白一直是当前生物学研究的热点之一。细胞膜(cell membrane)又称细胞质膜，是细胞表面的一层薄膜，有时也被称为细胞外膜或原生质膜。其主要结构成分一般是蛋白质占60%-80%，类脂占20%-40%，碳水化合物约占5%(分布在类脂和蛋白质之间)。

膜蛋白是指结合在细胞或细胞器膜上的蛋白质，包括接收外界信号分子的受体蛋白、进行物质运输的载体蛋白和通道蛋白等，对于细胞的正常功能至关重要（例如信号转导、物质运输和细胞间通讯）。膜蛋白和受体是制药行业中研究最多的一类药物靶点。目前约2/3的治疗分子靶标一个或多个膜蛋白。

研究人员指出，holo-translocon是一种独特的大型膜蛋白复合体，它不仅能够将膜蛋白插入细胞膜，还介导了外膜蛋白的分泌。Bristol大学的研究团队与EMBL的Drs Christiane Schaffitzel、Imre Berger合作，共同完成了这项研究。

文章的资深作者，Bristol大学的生化系教授Ian Collinson说：“这一发现非常重要，因为它解决了生物学领域的一个突出问题。膜蛋白的插入和分泌，是所有器官所有细胞所必须的基础过程。我们展示了holo-translocon的工作机制，在此基础上人们可以对其元件进行逐个分析，以便更好的设计和筛选抗菌药物。”

在许多蛋白分泌和膜蛋白插入装置中，蛋白通道都是由SecY/61复合体组成的，SecYEG是其细菌版。研究人员发现，SecYEG能与高度保守的YidC、SecDF–YajC相互作用，帮助膜蛋白通过易位进出细胞膜。他们成功过表达并分离了上述复合体组成的holo-translocon（HTL）。

研究显示，HTL能帮助翻译中的膜蛋白插入细胞膜，并促进外膜蛋白的翻译后分泌。这种HTL的效率要高于单纯的SecYEG,二聚体。文章指出，在此基础上人们可以根据不同运输底物的需要，改进HTL的分泌和插入能力。 或者开发类似分子机器，介导底物进出真核生物的内质网和线粒体膜。

 

生物通推荐原文摘要：

Membrane protein insertion and proton-motive-force-dependent secretion through the bacterial holo-translocon SecYEG–SecDF–YajC–YidC

The SecY/61 complex forms the protein-channel component of the ubiquitous protein secretion and membrane protein insertion apparatus. The bacterial version SecYEG interacts with the highly conserved YidC and SecDF–YajC subcomplex, which facilitates translocation into and across the membrane. Together, they form the holo-translocon (HTL), which we have successfully overexpressed and purified. In contrast to the homo-dimeric SecYEG, the HTL is a hetero-dimer composed of single copies of SecYEG and SecDF–YajC–YidC. The activities of the HTL differ from the archetypal SecYEG complex. It is more effective in cotranslational insertion of membrane proteins and the posttranslational secretion of a β-barreled outer-membrane protein driven by SecA and ATP becomes much more dependent on the proton-motive force. The activity of the translocating copy of SecYEG may therefore be modulated by association with different accessory subcomplexes: SecYEG (forming SecYEG dimers) or SecDF–YajC–YidC (forming the HTL). This versatility may provide a means to refine the secretion and insertion capabilities according to the substrate. A similar modularity may also be exploited for the translocation or insertion of a wide range of substrates across and into the endoplasmic reticular and mitochondrial membranes of eukaryotes.