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MSCS 通道蛋白（粉紅色）及其相關(guan) 脂質（深綠色、淺綠色、紅色）嵌在納米圓盤（灰色）中。圖片來源：洛克菲勒大學
幾乎所有的細菌都依賴於(yu) 相同的應急閥門——蛋白質通道在壓力下打開，釋放大量的細胞內(nei) 容物。這是一種安全措施，當拉伸到極限時，可以防止細菌爆炸和死亡。如果了解這些蛋白質通道是如何工作的，抗生素藥物就可以設計成根據需要打開它們(men) ，利用“閘門”排幹細菌的營養(yang) 物質。
但研究這些通道在實驗室中很難操作，因此它們(men) 究竟是如何打開和關(guan) 閉以及通過一種亞(ya) 導電狀態最終以脫敏狀態結束的，人們(men) 仍然知之甚少。現在，美國洛克菲勒大學的Thomas Walz 實驗室的一項新研究介紹了一種激活和可視化這些通道的新方法，使解釋它們(men) 的功能成為(wei) 可能。這些發現揭示了細菌中關(guan) 鍵的膜蛋白，同樣的方法也可以用來提高對人類類似通道的理解。
“我們(men) 實際上能夠看到蛋白質通道一係列功能階段的整個(ge) 周期。”Walz說。
研究人員表示，一種嵌入細菌膜的蛋白質MscS，在機械力的作用下會(hui) 打開。MscS存在於(yu) 一層厚膜中，處於(yu) 封閉狀態。科學家曾經懷疑，當液體(ti) 積聚導致細胞膨脹並對膜施加壓力時，膜會(hui) 被拉伸得非常薄，以至於(yu) 其蛋白質突出。之後，蛋白質通道突然打開，釋放細胞內(nei) 容物，釋放壓力，直到細胞膜恢複到原來的厚度，通道突然關(guan) 閉。
但是，當Walz小組的博士後張一曉（音譯）發現不可能通過在自然範圍內(nei) 稀釋膜撬開通道。“我們(men) 意識到膜變薄並不是這些通道打開的方式。”Walz說。
Walz和張一曉決(jue) 定突破納米圓盤技術的極限，用β-環糊精去除膜脂，這種化學物質用於(yu) 從(cong) 細胞培養(yang) 中去除膽固醇。這在膜上引起了張力，Walz團隊可以用低溫電子顯微鏡觀察通道的相應反應。
他們(men) 觀察到的結果與(yu) 計算機模擬相吻合，並且發現MscS的一種新功能模型。當液體(ti) 在細胞內(nei) 積聚時，脂質就會(hui) 從(cong) 各個(ge) 角落被召集來幫助緩解整個(ge) 細胞膜的緊張。如果情況變得糟糕，甚至與(yu) MscS通道相關(guan) 的脂質也會(hui) 流失。沒有脂質保持它們(men) 的閉合，這些通道就有足夠的空間打開。相關(guan) 論文刊登於(yu) 《自然》。
研究人員表示，許多這樣的蛋白質在人類中起著關(guan) 鍵作用，從(cong) 聽覺、觸覺到血壓的調節，而且是非常有趣的藥物靶點。
相關(guan) 論文信息：https://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03196-w
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