青年华人博士Nature解析重要转运蛋白

由斯坦福大学医学院冯亮博士领导的一个研究小组，与卡耐基的Wolf Frommer一起，在新研究中第一次阐析了植物和人类中一种叫做“SWEET”的糖转运蛋白的原型的原子结构。这些是细菌糖转运蛋白，由于它们只有人类和植物SWEET蛋白大小的一半，因此称作为SemiSWEETs。他们的研究工作发布在《自然》（Nature）杂志上。

　　

生物通报道  是微生物、动物和人类的重要能量来源。它们由植物所产生，通过光合作用植物将来自太阳光的能量转化为糖形式的化学能。

通过细胞膜上的一些蛋白构建出糖特异性的孔道，这些糖类被吸收到细菌、酵母、人类或植物的细胞之中。因此这些转运蛋白对于所有生物都至关重要。由于都是由它们的细菌祖先进化而来，人类和植物的转运蛋白极为相似也就不足为奇了。

糖转运蛋白还可以是植物和动物的脆弱根源。在植物中，它们很容易被一些病原体接管，以此劫持植物食物和能量的来源。在动物中，糖转运蛋白突变可导致如糖尿病等一些疾病（延伸阅读：清华颜宁最新Nature文章解析转运蛋白 ）。

现在由斯坦福大学医学院冯亮（Liang Feng）博士领导的一个研究小组，与卡耐基的Wolf Frommer一起，在新研究中第一次阐析了植物和人类中一种叫做“SWEET”的糖转运蛋白的原型的原子结构。这些是细菌糖转运蛋白，由于它们只有人类和植物SWEET蛋白大小的一半，因此称作为SemiSWEETs。他们的研究工作发布在《自然》（Nature）杂志上。

冯亮博士于1995年考入清华大学生物系，1999年考入香港科技大学就读研究生。2002年考入普林斯顿大学攻读生物博士学位，现为斯坦福大学分子和细胞生理学助理教授。

由于不同于所有其他已知的糖转运蛋白，直到现在有关这些重要SWEET转运蛋白独特结构的信息仍非常有限。发现这些蛋白质的结构极为重要，因为这是解开它们作用机制的关键。了解它们的机制对于阐明这些功能无法正常运作时发生的事件至关重要，这些知识可以帮助解决在植物和动物中由此导致的一些疾病或生长问题。

该研究小组完成了对SemiSWEETs和SWEETs的结构和功能分析，以不同的状态结晶了这两种蛋白。不仅揭示出了这些蛋白质的结构，对于其功能性也有了很大的了解。

他们发现，SemiSWEETs并没有起糖通道的作用，使得糖能够通过细胞膜。而是像气塞（airlock）一样在多个阶段移动糖类，研究人员在晶体结构中观察到了其中的两个阶段。SemiSWEETs成对组装，由此构建出了一个与植物和人类中SWEET同系物相似的结构。这标志着SWEET蛋白家族显著不同于其他的糖转运蛋白。

Frommer说：“这一研究发现最令人兴奋的部分之一，就是我们以很快的速度地发现了这些糖转运蛋白，确定了它们现实的结构，揭示了它们的运作机制。与斯坦福大学的一位结构生物学家合作才可能生成这样惊人的进展。我们的研究结果突显了这一知识在提高农作物产量以及解决人类疾病方面的潜在应用。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Structures of bacterial homologues of SWEET transporters in two distinct conformations

SWEETs and their prokaryotic homologues are monosaccharide and disaccharide transporters that are present from Archaea to plants and humans1, 2, 3. SWEETs play crucial roles in cellular sugar efflux processes: that is, in phloem loading4, pollen nutrition5 and nectar secretion6. Their bacterial homologues, which are called SemiSWEETs, are among the smallest known transporters1, 3. Here we show that SemiSWEET molecules, which consist of a triple-helix bundle, form symmetrical, parallel dimers, thereby generating the translocation pathway. Two SemiSWEET isoforms were crystallized, one in an apparently open state and one in an occluded state……