北京大學NatureMethods發布表觀遺傳重要成果

　　盡管幾乎到處（食物、土壤、牙膏、尤其是自來水中）都存在有氟離子，其對于微生物和細胞具有很強的毒性作用。為了避免死亡，細胞必須清除掉在它們內部累積的氟離子，這一過程是通過離子通道來實現。離子通道指的是穿過細胞膜的一種蛋白質通道，其只允許特異的物質通過。

　　氟離子通道直到最近才被人發現，一些研究暗示其具有不同尋常的結構，這或許可以解釋它們對于氟離子的顯著選擇性。然而，由于這些離子通道非常小，因此結晶它們極具挑戰，阻礙了研究人員調查它們的原子結構。

　　在發表于9月7日《自然》（Nature）雜志上的一項研究中，一個國際科學家小組克服了這些限制，第一次解析了一種氟離子通道的原子結構。他們發現了一種獨特的“雙管”（ double-barreled）結構，其包含了兩個氟離子流過孔道，這代表了離子運輸的一種新機制。研究結果闡明了這些通道的進化，提供了一些新方法來改變它們的功能，指出了一些潛在的應用如開發出新型抗生素等。

　　研究人員是通過重要的技術創新利用單體（monobodies）——可自定義設計結合靶蛋白上高度特異位點的小合成蛋白來獲得這一成果的。他們設計出這些單體來充當“結晶伴侶”，穩定和調整了氟離子通道因此能夠確定它們的結構。

　　世界單體研究和設計先鋒、芝加哥大學生物化學和分子生物物理學教授、論文的共同作者Shohei Koide博士說：“很顯然，合成結合技術現在已經成熟。單體已經優化、強大至可以用來攻克一些重要的生物學及醫學問題，例如氟離子通道的結構。此外，還可以利用它們來生成幾乎可立即用于工業中的一些分子。這令我們感到興奮，我們將繼續揭示這一強大技術的許多可能性。”

　　布蘭迪斯大學生物化學教授、HHMI研究員Christopher Miller博士領導的研究小組最近才發現及研究Fluc氟離子通道家族，研究人員發現它們是鑒別出的最具選擇性的通道。其對氟離子具有顯著的特異性，可以將它與密切相關的氯離子區分開來。

　　要確定這些離子通道的原子結構，必須采用X-射線晶體技術。這就要求必須純化及以一種高度有序、可復現的方式結晶通道蛋白。然而，當脫離它們的自然環境時膜蛋白會失穩定。為了避免這一問題，傳統的生化技術是利用洗滌劑化合物來遮蓋及穩定定位在細胞膜中的表面區域，使得能夠進行結晶。

　　對于氟離子通道而言，由于通道很小且幾乎完全嵌入在膜內，用洗滌劑化合物遮蓋的表面區域很難形成結晶。為了解決這一挑戰，Koide、Miller和他們的研究小組設計出了與氟離子通道上靶位點——尤其是，兩個沒有嵌入到細胞膜內的微小表面結合的單體。這顯著擴大了可利用來結晶這一通道的表面區域。此外，單體具有的某些特性，使得它們能夠彼此以一種高度可重現的方式排列，進一步促成了構建出穩定的晶格。這兩個研究小組進一步與來自牛津大學的Simon Newstead研究小組合作，利用了新的膜蛋白結晶技術。三方合作生成了這一離子通道的原子結構。

　　研究人員發現，氟離子通道包含兩個主要的構件，它們以一種反向平行的方式組裝在一起。大多數離子通道都只有一個離子通過孔。而Fluc有兩個。這一結構與另一類的膜蛋白：轉運蛋白（transporters）相似。但轉運蛋白利用了能量主動將離子泵過細胞膜，而Fluc離子通道則不需要能量。這種相似性和差異促使研究人員提出將這些離子通道命名為“通道運輸蛋白”（ channsporter）。

　　Koide 說：“這一分子的功能是一個離子通道，但結構更像是一個轉運蛋白。從進化上說，它非常的有趣。盡管還需要進一步的研究，這一蛋白似乎是從可能具有反向平行幾何結構的東西進化而來，這種反向平行幾何結構對于完整性極為重要，但未必對于功能很重要。”