Only Perception: 研究者獲得快照闡明物質如何進入細胞

2007-12-01

研究者獲得快照闡明物質如何進入細胞

Researchers obtain a snapshot clarifying how materials enter cells
http://www.physorg.com/news115652156.html

November 30, 2007

普渡大學（PU）的研究者捕捉到新陳代謝過程中關鍵的一步，那讓營養物、藥物之類的物質能夠進出細胞。

一個由 Jue Chen，生物科學副教授，所領導的團隊得到微小蛋白質閘道複合物（gate complex）的一張快照，那在具有防護功效的細胞膜上開啟與關閉通路。這些閘道（由小型蛋白質機械運作，那推動它們開啟或關閉），將營養物帶入細胞當中，然後將廢物排出細胞外。

這個 PU 團隊首度拍攝到這種過程中間步驟的影像，當物質通過細胞膜時，捕捉到分子的交互作用。

"藉由了解此過程的機制，研究者或能設計更有效的、涉及這群蛋白質之疾病（例如癌症與纖維囊腫）的療法，" Chen 說，他也是普渡大學科學學院結構生物學小組的成員。"有了這種知識，研究者或能禁止或啟動這種機制，端看對抗疾病所需為何。例如，許多癌細胞都能對抗藥物治療，因為細胞在藥效發揮之前，透過這些通道將這些藥物泵出。"

Amy Davidson，與 Chen 在該研究中合作，表示捕捉到中間階段的影像是學習完整過程中巨大的一步。

"如果你只看到前後階段，你事實上並不知道所有進行的事，" Davidson 說，PU 化學系副教授。"這個中間階段提供該程序如何進行的所有資訊。它顯示系統互動中所有的主要構成要素，這在之前都未被見過。"

研究團隊利用 X 光結晶學取得一種特殊蛋白質，稱為 ABC 輸送蛋白質，的影像，那時它正好將物質移動通過細胞膜。這項研究發表在 11/22 當期 Nature 上。

除了 Davidson 之外，Chen 的研究團隊包括博士後研究助理 Michael Oldham 與 Dheeraj Khare，還有來自於 Baylor 醫學院的 Florante Quiocho 教授。該團隊於 2001 年開始這項研究。

ABC 蛋白質出現在每種生物中，具有相當重要的生物功能。科學家已在人體中確認出 49 種不同的 ABC 蛋白質，並發現有許多疾病與這些蛋白質機能失常相關，包括黃斑營養不良（macular dystrophy）與膽固醇、胰島素分泌物控管上的問題。

Chen 的團隊從大腸桿菌中分離出 ABC 蛋白質。這些蛋白質在結構上與人類的十分相似，而且大部分的原理能直接應用到人類身上，Chen 說。

膜蛋白（Membrane proteins）是惡名昭彰的難以研究，Chen 說。當大部分的蛋白質溶解在水中，而且能輕易的結晶化與檢查時，膜蛋白只溶於脂肪物質中，讓它們很難被分離研究。

在 Chen 與 Davidson 一位是結構生物學家一位是生化學家，之間的合作，是成功捕捉到中間結構的關鍵，Chen 說。

Davidson 確認一種 ABC 蛋白的突變體，那在過程的半途中鎖住。這個突變體讓蛋白質複合物陷入一種穩定形態，那讓 Chen 能結晶化與視覺化這種結構。

"我們有共同目標要研究這一族蛋白質如何運作，不過我們採用不同的途徑，" Chen 說。"與其他領域的科學家溝通十分重要，他們能提供線索與工具幫助你達成目標。我們使用遺傳資料與生化資料來學習我們需要將哪些結晶化與闡明結構。"

當結構生物學家企圖取得蛋白質遂行其任務的影像時，生物化學家則利用間接方法來了解蛋白質的本質，以及它如何通過不同的構造。Davidson 表示他們所觀察到影像的與他們在 2001 年所提出的模型相符。這些結構的影像回答了這些問題，並且清楚的證實這些特定的交互作用。（譯註：詳見原站圖說。）

下一步，該團隊將研究以決定這個蛋白質另一種構造的結構，那解釋這個程序的另一半：物質入何傳遞到細胞內。

※ 相關報導：

＊ Crystal structure of a catalytic intermediate of the maltose transporter
http://www.nature.com/nature/journal/v450/n7169/abs/nature06264.html