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科學(xué)家“看清”鉀-氯共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)構(gòu)

作者:宋檢 時(shí)間:2022-12-12 來源:互聯(lián)網(wǎng)

人體細(xì)胞內(nèi)的鉀、鈉、氯等離子穩(wěn)態(tài)一旦失衡,就會導(dǎo)致高血壓、抑郁、癲癇等一系列疾病。在細(xì)胞膜上,有一類被稱為陽離子—氯離子共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的蛋白質(zhì),可有效調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的離子穩(wěn)態(tài)。浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院郭江濤課題組日前解析了這類蛋白質(zhì)中的一個(gè)成員——人源鉀—氯共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白KCC1的2.9埃的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu),揭示了鉀離子和氯離子的結(jié)合位點(diǎn),提出一個(gè)鉀—氯共轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理的模型。這項(xiàng)成果10月25日刊登于《科學(xué)》。

由于鉀—氯共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白中的一個(gè)成員KCC2不停地將細(xì)胞內(nèi)的鉀離子和氯離子轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞外,使得抑制性神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)能夠維持較低的氯離子濃度。如果KCC2發(fā)生突變,抑制性神經(jīng)傳遞就會受到破壞,從而引發(fā)各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病。但KCC家族的面紗為何一直沒有被揭開?郭江濤介紹,原因在于鉀—氯共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的樣品獲得不容易,且較小分子量的膜蛋白的高分辨率結(jié)構(gòu)解析具有挑戰(zhàn)性。

課題組經(jīng)過大量的蛋白表達(dá)和純化條件的優(yōu)化,*終獲得足夠量的可用于冷凍電鏡數(shù)據(jù)收集的KCC1蛋白樣品。此時(shí),浙江大學(xué)冷凍電鏡中心的300 kv的高性能冷凍電鏡Titan Krios派上了大用場。為了減少電子對蛋白的輻射損傷,蛋白樣品需要在冷凍環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。在數(shù)據(jù)收集前,科研人員用液態(tài)乙烷把蛋白溶液樣品快速冷凍在一張“銅網(wǎng)”上。電鏡數(shù)據(jù)收集過程有點(diǎn)像拍電影:在8秒內(nèi)連續(xù)拍攝40張照片,形成一個(gè)“微電影”。

課題組*終獲得了兩套2.9埃高分辨率的KCC1的三維結(jié)構(gòu)。這將有助于下一步設(shè)計(jì)針對KCC的藥物,為治療癲癇等疾病提供幫助。

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