【字体: 时间:2022年10月25日 来源:Science Advances

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  膜蛋白是许多药物的关键靶点。它们位于细胞内外之间。其中一些被称为“转运体”,将某些物质移进或移出细胞环境。然而,提取和储存它们以供观察是特别复杂的。一个研究小组现在开发了一种创新的方法来研究它们在原生环境中的结构:细胞。该技术基于电子自旋共振波谱。这些结果可能会促进未来新药的开发。

膜蛋白是许多药物的关键靶点。它们位于细胞内外之间。其中一些被称为“转运体”,将某些物质移进或移出细胞环境。然而,提取和储存它们以供观察是特别复杂的。来自日内瓦大学(UNIGE)的一个团队与苏黎世大学(UZH)合作,开发了一种创新的方法来研究它们在原生环境中的结构:细胞。该技术基于电子自旋共振波谱。这些结果刚刚发表在《Science Advances》杂志上,可能会促进未来新药的开发。

在生物体中,每个细胞都被细胞膜(或“细胞质膜”)包围。这层膜由双层脂质组成。它将细胞的内容物与直接环境分离,并调节进入或离开细胞的物质。附着在膜上的蛋白质称为“膜蛋白”。它们位于细胞内外的交界面,携带各种物质穿过细胞膜——进入或离开细胞——并在细胞信号传递中起着至关重要的作用,即在细胞的通信系统中,使它们能够协调代谢过程、发育和组织。因此,膜蛋白占目前药物靶点的60%以上。

难以研究的对象

因此,对其结构(构成氨基酸的空间组织)的生物物理研究是必要的。为了描述它们的特性,科学家必须从它们所在的细胞膜中提取这些蛋白质,并将它们与所有其他蛋白质分离。膜蛋白一旦被提取,就不能在水溶液中进行研究。它们必须保持在由洗涤剂组成的液体溶液中。它们还可以被插入由蛋白质和脂质构成的人造膜“纳米盘”中,或者插入纯脂质膜中。

在任何情况下,这些策略将它们从它们的生理环境中移除,不允许在原位精细观察它们的功能。脱离天然环境的蛋白质可能表现出不同的结构性质,从而误导药物开发。

一个革命性的方法

由UNIGE理学院物理化学系的Enrica Bordignon教授领导的团队,与UZH医学微生物研究所的Markus A. Seeger副教授合作,开发了一种研究活细胞中膜蛋白作用的新方法;更准确地说,是在大肠杆菌的内细胞膜上。为了实现这一目标,研究团队依靠一种特定的“工具”:纳米体。

Enrica Bordignon解释说:“这些抗体碎片能够以非常有效的方式识别和结合特定的目标,比如抗原,或者在我们的例子中,膜转运体。”因此,科学家们为膜转运体人工制造了特定的纳米体,并利用它们直接报告其结构。:插入大肠杆菌细胞后,两个纳米体瞄准细胞内膜上所需的膜蛋白并附着在其上。

某些药物的新靶点

在此之前,一个小的磁性探针(一个携带未配对电子的分子)被连接到每个纳米体上。Enrica Bordignon解释说:“当两个纳米体与转运蛋白结合时,我们可以使用EPR方法测量细胞中两个磁性探针之间的距离。”这种技术被称为“电子顺磁共振波谱学”(EPR)或“电子自旋共振”。测量的距离在纳米范围内(百万分之一毫米)。Enrica Bordignon兴奋地说:“这是我们第一次成功地获得了膜蛋白在真实环境中的构象的清晰图像,我们可以跟踪当我们将一个单一氨基酸修改为另一个氨基酸时引起的变化。”

“这一新战略的制定是我们在UNIGE和UZH的两个小组之间出色和富有挑战性的团队合作的结果。特别是两位第一作者Laura Galazzo博士(UNIGE)和Gianmarco Meier博士(UZH)的持之以恒,使这个项目在五年的研究之后获得了成功”,该研究者强调说。

这种新策略可以精确测定膜蛋白在直接环境中的性质。它提供了更好地理解这些蛋白质如何运输某些物质进出细胞的可能性。这种方法还具有易于转座哺乳动物细胞的优点。它可以用来更好地了解并更好地靶向细胞外排斥某些抗癌药物的膜蛋白,从而对抗多药耐药现象。


Laura Galazzo, Gianmarco Meier, Dovile Januliene, Kristian Parey, Dario De Vecchis, Bianca Striednig, Hubert Hilbi, Lars V. Schäfer, Ilya Kuprov, Arne Moeller, Enrica Bordignon, Markus A. Seeger. The ABC transporter MsbA adopts the wide inward-open conformation in            E. coli            cells. Science Advances, 2022; 8 (41)

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