一种强大的新技术：追踪蛋白质稍纵即逝的形状变化

　　

威尔康奈尔医学院的研究人员已经开发出一种强大的新技术，可以产生蛋白质结构变化的“电影”，速度高达每秒50帧。

资深作者、威尔康奈尔医学院麻醉学研究特聘教授西蒙·舒林博士及其同事开发了这种新方法，以更好地了解生物分子如何随着时间的推移而发生结构变化。虽然这一领域的研究人员通常会对静态蛋白质和其他分子进行精细成像，以分辨单个原子的位置，但所得到的结构图像或模型只是快照。记录分子结构的动力学——制作电影——是一项更加艰巨的挑战。该研究的第一作者是威尔康奈尔大学生物医学研究生院的博士生蒋怡宁。

在他们4月17日发表在《自然结构与分子生物学》杂志上的研究中，研究人员使用了一种相对较新的测量技术，称为高速原子力显微镜(HS-AFM)，该技术采用极其灵敏的探针扫描分子表面，从本质上感觉它们的结构。作为一项关键的创新，科学家们发现了一种方法来分离他们的目标分子，一种单一的蛋白质，从而避免了蛋白质与蛋白质相互作用的影响，实现了更快、更精确的扫描。

研究人员将他们新的单分子HS-AFM方法应用于一种名为GltPh的蛋白质，这是一种位于细胞膜上的“转运体”，将神经递质分子引导到细胞中。这类转运蛋白是结构生物学家最喜欢研究的目标之一，因为它们具有复杂而令人费解的动力学，以及它们在健康和疾病中的重要性。

研究人员获得了GltPh的动态结构数据，具有前所未有的高空间和时间分辨率和稳定性，因此他们可以连续几分钟记录GltPh结构的微小波动。这类蛋白质中一个尚未解决的现象被称为“漫游”动力学，这意味着据报道，分子在没有明显原因的情况下，会在高活性模式和低活性模式之间发生功能变化。这项工作揭示了GltPh的一种以前未见过的结构状态，在这种状态下，转运体被锁定并在功能上处于休眠状态，揭示了“漫游”动力学的基础。

研究人员强调，他们正在不断尝试优化的新方法可以推广到其他蛋白质的研究中，包括膜嵌入蛋白质。总的来说，他们说，这项工作开辟了新的可能性，可以在蛋白质活动和休息的周期中，每时每刻追踪蛋白质的精确结构。